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光电探测器的发展已经有几十年的历史,是现代光电子系统非常重要的一部分,在光信号转化为电信号的过程当中,它用于接收外界光的信号,相当于人的眼睛。在光电探测器器件中,光电半导体材料的选择及优化直接决定了光电探测器性能的优劣。目前应用较多的有Ge基、Si基、HgCdTe基、InGaSe基等光电探测器器件。随着科技的进步和社会的发展,人们对光电探测器材料及其器件性能的要求也越来越高,其发展趋势是更加集成化,高效化,灵敏化和宽谱化,因此,低维(0D,1D,2D)光电材料的研制开发逐渐成为光电探测器领域发展的一个重要方向。氧化锌纳米带(ZnO nanowires)、石墨烯(graphene),黑磷(black phosphorus)和过渡金属硫系化合物(TMDs)是最近十年一维或二维光电材料研究的热点。但它们都有着各自的不足和局限。如石墨烯的零带隙限制了其在光电探测领域的应用,黑磷在空气中的不稳定性也限制了其实际应用等等。GeSe作为一种IV-VI化合物半导体有着和黑磷相似的层状结构及各向异性的电子传输性能。高的光电响应度,快的光电响应时间,可调控的带隙,无毒性,环境友好,元素常见,在空气中稳定的存在是GeSe作为光电探测器材料的优势,这也决定GeSe在今后的光电探测器应用中有着极大的应用潜力。然而,关于GeSe的研究,特别是微米-纳米单晶材料的制备,高光电响应度,灵敏的光电响应时间和近红外范围的光电探测器性能的研究却鲜有报道。本文主要开展了如下研究:(1)采用“一锅法”制备了GeSe微米带和微米片。这类GeSe微米带和微米片以GeI4作为Ge的来源,以SeO2作为Se的来源,在不同溶剂中以320℃的条件下加热6个小时合成得到。当1-十八烯作为溶剂时得到的是微米片,当油酸作为溶剂是得到的是微米带。TEM和HRTEM结果表明微米带沿着[010]方向生长。为了探索GeSe微米晶体的形成机制,我们将两种溶剂以不同浓度混合(油酸/1-十八烯配比分别为:0:100;20:80;40:60;60:40;80:20;100:0),得到的GeSe晶体随着油酸浓度的增加逐渐从微米片转变为微米带,FTIR结果表明油酸的吸附抑制了[001]方向的生长。将所得的微米片和微米带制成光电探测器件,两种器件都显示出了非常好的光电响应,其中微米带光电探测器显示出更高的响应度、探测率和更快的响应时间。微米带光电探测器在532nm光照下的响应度高达5562A/W,探测率为3.01×1012 Jones。这些优异的性能体现了GeSe微米片和微米带在光电探测器领域潜在的应用前景。(2)通过阳离子掺杂实现了GeSe带隙的调控和光电探测性能的优化。同样采取“一锅法”在GeSe的合成当中掺杂Sn离子,形成了Ge1-xSnxSe晶体,该晶体显示出六边形片状结构。Sn掺杂之后的Ge1-xSnx Se的带隙随着掺杂浓度的升高而降低,当x=0.2时,其带隙下降至0.914 eV,相比于GeSe带隙下降约0.1 eV,其能带结构更加适用于近红外波段。Sn代替Ge的位置产生了更多的空穴,随着掺杂浓度的升高,电阻率逐渐降低,载流子浓度逐渐升高。将Ge0.8Sn0.2Se晶体制作成光电探测器件,其光电流相比原来GeSe器件有着大幅度提升。在532 nm激光下,响应度由824 A/W提升到了5759 A/W,在980 nm激光下,其响应度由180A/W提升到了3042 A/W,在1319 nm时,响应度从14A/W增加到了143 A/W。Ge1-xSnxSe晶体为GeSe性能的增强和能带的调控提供了一个新的思路,光电性能增益体现了Ge1-xSnxSe光电材料及其探测器在可见-近红外波段有着良好的应用价值。