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石墨烯独特的零带隙能带结构,使其从紫外到中红外很宽的频带内可以产生光生电子空穴对,且石墨烯内部的光学跃迁可以将光吸收范围拓宽至远红外,甚至太赫兹波段。凭借其优异的光学特性和电导率,石墨烯在光电探测方面有着广阔的应用前景。由于硅材料丰富的存储量和无毒性,硅基光电探测器成为光电探测器中研究最广的成员之一。目前,对硅基光电探测器的研究逐步成熟,制备工艺日趋完善,但是硅基光电探测器存在许多不足,如探测器的制备存在一定的技术瓶颈,探测器的探测信号较弱,探测范围仅300-1100nm等。因而,如何提高硅基光电探测器的性能成为亟待解决的问题。科学家们尝试使用掺杂来提高材料的性能,其中化学掺杂是最受欢迎的掺杂方法之一,但是化学掺杂不稳定,并且在掺杂过程中可能会对石墨烯造成破坏。另一方面,作为最重要的半导体材料的另一种类型,纳米尺寸的硅即硅量子点(Si-QDs)近年来获得了越来越多的关注。量子限域效应表明当量子点的粒径小于玻尔半径时,会具有异于体硅材料的能带结构和发光特性,这些特性使得硅量子点成为极其重要的荧光材料之一。而硼掺杂硅量子点在中红外波段有较强的吸收峰,这些特性使得量子点在光电探测方面有应用潜能。本文通过两种器件类型研究Si-QDs与石墨烯之间的相互作用,提高光电探测器的光电性能。主要研究成果如下:(一)研究了 Gr/Si肖特基结光电探测器的工作原理,石墨烯/硅在接触界面形成肖特基结,入射光照射后,在内建电场作用下光生电子空穴对分离,空穴向石墨烯转移,电子被硅收集,形成光生电流。通过公式拟合,计算出Gr/Si肖特基结的相关参数。并在此工艺基础上,用量子点对Gr/Si探测器进行性能优化,制备出Si-QDs/Gr/Si光电探测器,器件的性能优异。当入射光波长405 nm,功率密度为0.1mW/cm2,测得的光电流约为91nA,响应度约为0.36A/W。同时本文也对器件的响应速度进行测试,其中零偏压下时间响应为25ns。(二)在Si-QDs/Gr/Si探测器制备工艺的基础上,本文简化了工艺流程,将石墨烯转移到带有氧化硅衬底上并图形化,旋涂量子点,获得掺硼硅量子点/石墨烯超高增益宽频谱光电导探测器。其工作原理为:B-SiQDs本身对石墨烯n型掺杂,光照下P型掺杂,增加光吸收,提高光响应。经计算可得,响应度为109A/W(入射波长532nm,光功率密度为0.2μW/cm2),增益Gain高达1012,并且在375-1870 nm全波段内响应极高。同时在中红外波段(2.6-3.6μm)也有响应,主要由于B-SiQDs在这一波段有很强的局部表面等离子激元效应(LSPR)。这极大的拓宽了硅基光电探测器的探测范围,实现了硅基在中红外波段的探测。