【摘 要】
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紫外光电探测器在军事和民用领域有着广泛的应用,如国防预警、环境监测、工业生产、医药保健等领域。目前的紫外光电探测器主要是基于单一的宽带隙半导体材料。这些材料通常都具有良好的导热性、高击穿电场、低介电常数、高抗辐射等特性且其固有带隙使其适用于紫外光电探测。基于宽带隙半导体材料的紫外光电探测器具有体积小、工作电压低、能耗低、寿命长等优点。然而基于单一宽带隙半导体材料的紫外光电探测器由于缺乏有效的载流子
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紫外光电探测器在军事和民用领域有着广泛的应用,如国防预警、环境监测、工业生产、医药保健等领域。目前的紫外光电探测器主要是基于单一的宽带隙半导体材料。这些材料通常都具有良好的导热性、高击穿电场、低介电常数、高抗辐射等特性且其固有带隙使其适用于紫外光电探测。基于宽带隙半导体材料的紫外光电探测器具有体积小、工作电压低、能耗低、寿命长等优点。然而基于单一宽带隙半导体材料的紫外光电探测器由于缺乏有效的载流子分离机制,故在光电探测领域的应用存在一定的局限性,如需外加电源、响应速度慢等缺点严重限制了其应用。二维过渡金属硫族化合物（TMDs）,尤其是其中的二硒化钯（PdSe2）,具有诱人的物理化学特性如表面无悬挂键、高载流子迁移率、可调带隙和良好的化学稳定性等,除此之外还具有面内各向异性及吸收光谱的角度依赖特性。这些特性为其与宽带隙半导体材料构建范德华异质结实现高性能紫外光电探测及偏振探测奠定了基础。在此,我们通过原位范德华生长法构建了基于二维PdSe2薄膜和宽带隙半导体材料（氮化镓（GaN）、氧化镓（Ga2O3））的范德华异质结紫外光电探测器,并研究了其光电性能及应用。主要研究内容及结果如下:1.利用范德华生长法制备了晶圆级二维PdSe2薄膜,而后对其进行一系列表征测试以评估薄膜质量,测试结果表明我们合成了大面积、高结晶质量的二维PdSe2薄膜。2.构建了PdSe2/GaN范德华异质结紫外光电探测器,并对其光电性能进行测试及分析。由于构建了高质量的异质结,该器件可实现自驱动探测。PdSe2/GaN范德华异质结紫外光电探测器在0 V偏压及360 nm的光照下可实现249.9 m A/W的高光响应度（R）、7.9×1012 Jones的比探测率（D*）和快速的响应速度,并且在零偏压下可实现2.2×10~3的高紫外/可见抑制比。更重要的是,由于PdSe2薄膜具有低对称五边形褶皱晶体结构,该器件对于偏振紫外光高度敏感,二向色性比高达4.5。这些发现进一步证明了PdSe2/GaN范德华异质结出色的偏振紫外探测性能及它可用于实现偏振成像和安全紫外光通信的潜力。3.通过化学气相沉积（CVD）法合成了β相Ga2O3及不同Sn掺杂比例的Sn:Ga2O3,而后通过一系列表征手段来评估其结晶质量和化学特性。结果表明我们成功合成了高结晶质量的Ga2O3及Sn:Ga2O3薄膜。4.设计并构建Ga2O3及Sn:Ga2O3基紫外光电探测器,研究掺杂比例对其光电性能的影响。通过对比发现,当掺杂比例为50:1时实现了相对较好的紫外光电探测性能,其在245 nm和5 V偏压下可实现303.12 m A/W的响应度、1.87×1012Jones的比探测率和153%的外量子效率。基于此,我们采用50:1掺杂比例的Sn:Ga2O3与二维PdSe2薄膜构建了PdSe2/Sn:Ga2O3范德华异质结紫外光电探测器并研究了其光电性能。该异质结器件在0 V偏压及245 nm光照下的R、EQE和D*的值分别为3.9×10-2 m A/W、0.02%和2.56×1010 Jones,实现了自驱动深紫外探测。
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