论文部分内容阅读
本文系统的研究了InAs纳米线的光电探测特性。InAs纳米线因其独特的表面电荷积累层、高载流子迁移率、费米能级钉扎效应和易于形成欧姆接触等特性，被广泛应用于射频电子器件、弹道输运器件和生化传感器件等。大部分研究主要围绕InAs纳米线的电学特性，InAs纳米线作为光探测器方面的研究却鲜有报道，特别是在红外波段的光响应（1-2微米）。同时，InAs纳米线对大气分子非常敏感，本文也研究了大气分子和不同功函数的金属纳米颗粒对InAs纳米线红外探测器光响应的影响。1、本章主要研究了单根InAs纳米线红外探测器的光响应。制备的单根InAs纳米线场效应晶体管，最大开关比为105，迁移率约为2000cm2V-1s-1，而且器件具有很小的回滞现象。研究发现Schottky-Ohmic接触的InAs纳米线探测器的光响应大于Ohmic-Ohmic接触的InAs纳米线探测器（~300%）。我们同时研究了大气分子、金属纳米颗粒和HfO2钝化层对探测器性能的影响。由于电荷转移和静电相互作用，暴露在空气中的InAs纳米线开启电流和光电流都会下降。金（Au）纳米颗粒修饰的InAs纳米线探测器，开启电流下降，光电流却增强，这是由于Au/InAs形成肖特基结。为了抑制大气分子和纳米线表面缺陷态对探测器性能的影响，本论文提出了一种新型的器件结构：半包裹顶栅InAs纳米线光探测器。2、本章主要研究如何提高InAs纳米线红外探测器的光开关比（ILight/IDarkRatio）。InAs纳米线光探测器虽然具有比较优越的光探测特性，但是它具有相对较小的光开关比（ILight/IDarkRatio）。为了提高InAs纳米线红外探测器的光开关比，实验中设计了一种垂直叠层结构探测器：石墨烯/InAs纳米线肖特基红外探测器。由于石墨烯是二维材料，它的费米能级受栅极电压的调控，这样石墨烯/InAs纳米线肖特基势垒的高度可以随栅极电压的改变而改变，从而控制器件载流子注入到源漏电极。制备的石墨烯/InAs纳米线肖特基红外探测器具有比较大的光开关比（~500），远大于石墨烯红外探测器（约为1）和InAs纳米线红外探测器（小于10）。3、本章开展了一种新型的低维纳米材料：MoS2。对于单层或是多层MoS2，它的禁带宽度在1.2到1.8电子伏特之间。虽然MoS2在可见光波段具有很强的光吸收，但是对于单层的MoS2，它的吸收效率还是很低的。实验中，利用等离子体纳米金颗粒修饰MoS2光探测器，从而有效的提高了探测器的光电流。