【摘 要】
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二维范德华层状材料具有亚纳米或纳米尺寸的厚度,超薄的厚度使得其表现出明显不同于块体材料的物理化学特性,在未来新一代电子器件,包括具有透明、柔性、可穿戴、低功耗、智能等特点的电子器件领域中具有巨大的应用前景,因而被科研人员广泛地关注和研究。硒化铟（InSe和In2Se3）属于III-VI族层状半导体材料,二维硒化铟具有低的电子有效质量和高的电子迁移率,较小的直接带隙和高的光吸收系数,在新一代光电子器
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二维范德华层状材料具有亚纳米或纳米尺寸的厚度,超薄的厚度使得其表现出明显不同于块体材料的物理化学特性,在未来新一代电子器件,包括具有透明、柔性、可穿戴、低功耗、智能等特点的电子器件领域中具有巨大的应用前景,因而被科研人员广泛地关注和研究。硒化铟（InSe和In2Se3）属于III-VI族层状半导体材料,二维硒化铟具有低的电子有效质量和高的电子迁移率,较小的直接带隙和高的光吸收系数,在新一代光电子器件的应用中具有巨大的优势,特别是在光探测器领域中的应用。目前基于二维硒化铟半导体的自驱动光探测器的研究较少,器件结构还有待进一步设计和开发,器件性能还有待进一步提高。本文通过结合材料结构与特性之间的构效关系,以及器件结构与性能之间的构效关系,制备了一系列高性能的二维硒化铟自驱动光探测器,分别研究了非对称肖特基接触和表面等离子共振效应诱导增强的双波段二维InSe自驱动光探测器的性能和机理;系统地研究了应变对不同晶型的InSe自驱动光探测器性能的调控作用和增强机理;构筑了垂直二维InSe自驱动光探测器,并研究了自限制耗尽区对其综合性能的增强机理;研究二维In2Se3单晶的铁电性能并构筑了铁电二极管,研究了体光伏效应增强的自驱动光探测性能。在等离子共振增强InSe自驱动光探测器的研究中,设计并制备了基于二维InSe纳米片的非对称肖特基接触的肖特基二极管;系统研究了InSe肖特基二极管的自驱动光探测性能,获得了良好的自驱动光探测性能;结合纳米微球掩模法和热蒸镀工艺制备了以六方点阵排列的Au纳米粒子阵列,发展了通过Au纳米粒子的表面等离子共振效应诱导InSe自驱动光探测器实现双波段探测功能的方法,最大的增强比例可达1100%。通过实验测试与理论模拟,证明了Au纳米粒子阵列的四极子共振可以显著地增强InSe纳米片在可见-近红外波段的光吸收效率,从而提高了器件在该波段的响应度和量子效率。在压电-光电增强InSe自驱动光探测性能的研究中,发现了一类二维压电半导体材料中层间极化取向一致的现象,在多层材料中同时获得了良好的压电响应度和输出稳定性,突破了已报道的二维压电材料的压电特性受到层数奇偶的局限。设计了具有非对称耗尽区的InSe自驱动光探测器并研究了其光伏性能;系统地研究了应变对InSe自驱动光探测器性能的调控作用,发展了通过压阻-压电-光电三者耦合效应提高多层γ-InSe自驱动光探测器性能的方法,在0.62%拉伸应变下,其响应度和探测度可以提高至约800%,而响应速度可以提高约一个数量级。在自限制耗尽区增强InSe自驱动光探测性能的研究中,构建了垂直结构的Au-InSe-Gr肖特基二极管;研究了垂直InSe肖特基二极管具有灵敏的自驱动光探测性能,其具有非常低的暗电流噪声(1 f A/Hz1/2),和较高的响应度（365m A/W）,以及非常高的探测度(1.26×1013 Jones)。提出自限制耗尽区的概念,并证明了自限制耗尽区在加快垂直InSe自驱动光探测器的响应速度中的重要作用,自限制耗尽区内部具有强的电场,可以使光生载流子快速漂移至电极,其光响应时间在200-450 ns范围内,是目前已报道的基于二维半导体自驱动光探测的最低值。在体光伏效应增强In2Se3自驱动光探测性能的研究中,研究了二维α-In2Se3单晶的非中心对称晶体结构,发现了独特的层间堆叠方式决定了其多层结构同样具有较低的晶体对称性;研究了二维α-In2Se3单晶的铁电特性,证明了面内和面外的自发极化之间存在的耦合关系,研究了二维α-In2Se3的压电特性,发现了随着层数增加,其压电电压和电流均线性增加,多层结构具有较高的压电响应灵敏度和良好的力学稳定性,构筑了基于二维α-In2Se3单晶的铁电二极管,发现了其具有栅极可控的可切换特性,并研究了基于二维α-In2Se3单晶铁电二极管的自驱动光探测性能。本论文的工作拓展了二维硒化铟光探测器的研究,为其在低功耗、高性能、多功能的光电传感器件等相关领域的应用打下坚实的基础。
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