【摘 要】
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在过渡族金属硫化物（transition metal dichalcogenide,TMD）中,由于光与物质相互作用强,因此即使纳米厚度的TMD薄膜也会显示出高的光吸收能力和光电转化能力,在光电应用领域引起了广泛关注。其中二硒化钨（WSe2）尤为引人注目,它具有p型电输运特性,载流子迁移率高,禁带宽度为1.3-1.65eV,非常适合同窄禁带半导体（如硅、砷化镓等）构成异质结以获得优异的光电性质。本
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在过渡族金属硫化物（transition metal dichalcogenide,TMD）中,由于光与物质相互作用强,因此即使纳米厚度的TMD薄膜也会显示出高的光吸收能力和光电转化能力,在光电应用领域引起了广泛关注。其中二硒化钨（WSe2）尤为引人注目,它具有p型电输运特性,载流子迁移率高,禁带宽度为1.3-1.65eV,非常适合同窄禁带半导体（如硅、砷化镓等）构成异质结以获得优异的光电性质。本文采用磁控溅射制备钨（W）膜,然后二次硒化法,成功获得了大面积均匀的二硒化钨（WSe2）薄膜。WSe2薄膜的厚度可以通过控制W膜的沉积条件进行调制。并在此基础上利用薄膜转移技术,制备了基于p型WSe2同单晶n型Si和GaAs异质pn结的光电探测器。测试结果显示:WSe2/Si光电探测器的探测波长范围可以通过控制WSe2薄膜的厚度进行调控。这是因为进行光电转化的Si或GaAs结区的位置随WSe2薄膜的厚度变化而变化。随着WSe2薄膜厚度的增加,器件对紫外及可见光的响应被有效抑制,对近红外光的响应占据主导地位。当WSe2膜厚为130nm时,在零偏压下器件峰值响应位于970 nm,响应度0.46 A/W,半高宽为210nm,开关比可达9.2×10~4。这种通过结区调控原理实现的波段可调探测器可成功被应用于抗可见光干扰的红外显示成像。此外对WSe2/GaAs异质结光电探测器的初步研究显示该异质结也具有良好的自驱动能力,响应峰值位于810 nm附近,开关比可达16.6×10~4。两种光电探测器由于由全无机材料构成,性能稳定性好,具有毫秒以下的响应速度。本文中的器件制备方法简单可行,所得结果为WSe2在高性能光电子器件领域的应用打下了坚实的基础。
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