新型半導(dǎo)體材料-石墨烯肖特基結(jié)光電探測(cè)器的制備與性能研究.pdf

1、光電探測(cè)器在傳感器領(lǐng)域起著舉足輕重的作用，并且已經(jīng)在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外夜視、光通訊、工業(yè)控制等。在軍事領(lǐng)域中，及時(shí)、有效的通信已成為現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要組成部分，傳統(tǒng)通信方法存在易被截獲、安全性不高的特點(diǎn)，紫外通信作為一種新型的通信手段，突出的特點(diǎn)就是不易被探測(cè)和截獲，在軍事領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值極高。由于基于硅的微電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)遇到了發(fā)展瓶頸，硅的成本和基于硅的光刻工藝的復(fù)雜程度已經(jīng)成為限制芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩座大山，富勒

2、烯、碳納米管、石墨烯等一系列碳材料的發(fā)現(xiàn)為解決這個(gè)問題提供了新的思路。本文將著重討論第三代半導(dǎo)體材料氧化鋅如何與石墨烯形成肖特基結(jié)并進(jìn)行紫外探測(cè)和碳納米管與石墨烯構(gòu)成全碳型探測(cè)器的可行性，并研究其電學(xué)光學(xué)性能，挖掘背后的物理意義。具體內(nèi)容如下:
　　1.石墨烯由于其具有透明、導(dǎo)電的性質(zhì)，是作為透明電極絕佳材料。第三代半導(dǎo)體材料-氧化鋅，是一種寬帶隙且直接帶隙的半導(dǎo)體材料，由于其優(yōu)異的特性被廣泛研究，但由于納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅存在合成過

3、程不可控且工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，導(dǎo)致很難在光電探測(cè)的應(yīng)用上發(fā)揮實(shí)際作用。本文提出使用氧化鋅單晶基片的方法，一方面避免了復(fù)雜的材料合成過程，另一方面可以使半導(dǎo)體和石墨烯獲得良好的肖特基接觸保證器件的性能。通過對(duì)器件的電學(xué)和光學(xué)表征發(fā)現(xiàn)，基于氧化鋅和石墨烯的肖特基結(jié)光電探測(cè)器具有超高的響應(yīng)度、探測(cè)率和增益，分別達(dá)到了3×104AW-1,4.33×1014cmHz1/2W-1和105。
　　2.碳納米管分為金屬型和半導(dǎo)體型，金屬型碳納米管有作

4、為微電子工藝中互聯(lián)材料的潛力，半導(dǎo)體型碳納米管具有近紅外的禁帶寬度，可作為近紅外探測(cè)器的吸收層，但由于管狀的納米管結(jié)構(gòu)很難與電極材料尤其是石墨烯構(gòu)成良好的接觸，因此我們提出利用Langmuir-Blodgett工藝的方法是碳納米管組裝形成薄膜，實(shí)驗(yàn)表明，碳納米管薄膜和石墨烯具有良好的接觸并可以形成肖特基結(jié)，性能測(cè)試表明，器件具有超快的響應(yīng)速度，上升和下降時(shí)間分別達(dá)到了68和78μs，在光譜響應(yīng)測(cè)試中，表現(xiàn)了優(yōu)異的寬光譜響應(yīng)的特征。