基于二维二碲化钼的偏振光电探测器研究

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光电探测器已经融入人们的日常生活中并扮演着重要的角色,特别是在光电子显示器、成像、信息传递、环境监控、生物医学以及军事等领域有着不可替代的作用。自然界的光大多是经过一系列的反射、折射和散射后形成的偏振光,随着人们对生活质量的要求越来越高,普通光电探测器已不能满足人们需求。偏振探测器利用光的偏振信息,可以使信息的维度得到扩展,能探测到普通探测器不能探测的信息。近年来,二维材料由于独特的光学和电子性质吸引着人们的目光,特别是其中的过渡金属硫属化合物材料,拥有极其广泛的禁带宽度,使其在可见光到红外光的光电探测器领域都是理想的材料。其中,二碲化钼可以以半导体状态和半金属状态存在,两种状态都是稳定的并且可以相互转化;同时二碲化钼还具有非常小的能带隙1 e V,并且可以从间接带隙转变为直接带隙,使得它可以探测波长更长的光以及具有更高的探测效率。但是,由于其晶格结构的对称性,二碲化钼不具备光偏振特性。因此,使用应变来实现二碲化钼的偏振探测具有重要的研究意义。本文基于应变工程实现了聚二甲基硅氧烷衬底上的褶皱二碲化钼光电探测器,实验结果表明该探测器具有明显的光偏振特性。最后还基于周期性结构诱导材料应变的方法,结合表面等离激元对光的吸收增强,对硅基二碲化钼偏振光电探测器进行了光学仿真,仿真结果表明这种结构具有明显的光偏振特性。文章主要论述了:(1)光电探测器工作的物理机制、二碲化钼的结构与性质、应变工程以及二碲化钼褶皱的实现方案。(2)褶皱二碲化钼探测器的制备与光电性质测试,包括材料的准备、金属电极对实现褶皱二碲化钼探测器的影响、硅基和聚二甲基硅氧烷基探测器的光电性质测试等,最后在聚二甲基硅氧烷基底上实现了二碲化钼偏振光电探测器。(3)利用基于硅片的周期性结构诱导材料应变并结合表面等离激元增强光吸收,初步完成了硅基二碲化钼偏振光电探测器的光学仿真。
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