【摘 要】
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二维(2D)层状金属硫化物在各个应用领域中都具有许多独特的性质,近年来引起了人们越来越多的研究兴趣。二硫化锡(SnS_2)就属于这种通常具有六方相晶体结构的半导体材料。由于SnS_2具有良好的光学和电学性能,使得它在光电子领域具有巨大的应用潜力。然而,目前还没有制备出具有高结晶度、厚度均匀、表面光滑、大面积的SnS_2薄膜,并且关于SnS_2异质结光电探测器的研究报道也比较少。针对以上问题,本文通
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二维(2D)层状金属硫化物在各个应用领域中都具有许多独特的性质,近年来引起了人们越来越多的研究兴趣。二硫化锡(SnS2)就属于这种通常具有六方相晶体结构的半导体材料。由于SnS2具有良好的光学和电学性能,使得它在光电子领域具有巨大的应用潜力。然而,目前还没有制备出具有高结晶度、厚度均匀、表面光滑、大面积的SnS2薄膜,并且关于SnS2异质结光电探测器的研究报道也比较少。针对以上问题,本文通过一种简单的方法制备了高质量且连续的SnS2薄膜,并设计了基于SnS2薄膜/硅(Si)异质结的大光电流和快速响应的光电探测器。主要内容如下:一、SnS2薄膜/Si异质结的制备与物性表征。在本文中通过两步法制备了高质量且连续的SnS2薄膜,(1)通过磁控溅射的方法在Si衬底上沉积SnS2前驱体。(2)在硫(S)氛围中对非晶态SnS2前驱体进行退火处理。接下来对制备的SnS2薄膜进行了多种表征,证明获得了高结晶度、厚度均匀、表面光滑、大面积的SnS2薄膜。由于是在Si基底上生长的SnS2薄膜,因此这两者构成了异质结构。对该异质结构进行了整流测试,该异质结构具有104的整流比,充分证明在SnS2薄膜和p型Si之间可以形成一个稳健的p-n结。除此之外,还研究了不同退火温度对SnS2薄膜物性的影响,我们发现拉曼光谱的变化与表面形貌的变化具有内在联系。二、SnS2薄膜/Si异质结光电探测器的研究。我们通过对SnS2薄膜/Si异质结构进行进一步处理,制备了高性能异质结探测器。通过使用掩膜法,将银(Ag)电极和金(Au)电极分别沉积在异质结构的顶部和底部以形成欧姆接触,厚度均为60 nm。之后用铜线将电极引出,从而构筑了SnS2/Si异质结光电探测器。经过测试,该器件具有高达3.96 mA的光电流、1011 Jones的最大探测度、11.2 kHz的通信带宽以及16μs的超快响应速度。其中3.96 mA的光电流值可能是当前光电探测器的最大值。此外,我们还基于能带图分析了光电探测器产生光电流的微观机理。SnS2/Si异质结光电探测器的优异性能表明,SnS2在超快响应速度和大光电流的光电子学领域中有着广阔的应用空间。
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