【摘 要】
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量子点材料(quantum dots:QDs)是一种纳米级别的低维半导体材料,可以在低温溶液中制备和处理。其具有成本低廉、尺寸可调、宽光谱响应以及良好的光稳定性等优势,被人们普遍应用在发光二极管、太阳能电池、光电探测器等光电领域。与此同时,纳米量子点还可以通过喷涂、旋涂等方式于硅基材料直接集成在一起,极大简化了光电器件的制备流程,在这个硅技术占据半导体主导地位的时代,量子点被认为是下一代新型半导体
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量子点材料(quantum dots:QDs)是一种纳米级别的低维半导体材料,可以在低温溶液中制备和处理。其具有成本低廉、尺寸可调、宽光谱响应以及良好的光稳定性等优势,被人们普遍应用在发光二极管、太阳能电池、光电探测器等光电领域。与此同时,纳米量子点还可以通过喷涂、旋涂等方式于硅基材料直接集成在一起,极大简化了光电器件的制备流程,在这个硅技术占据半导体主导地位的时代,量子点被认为是下一代新型半导体光电器件中最关键的材料之一。硒化铅(PbSe)量子点对比同为硫族半导体的硫化铅(PbS)量子点,由于其环境稳定性较差导致被研究和报道的次数较少,限制了其在光电器件领域的应用。针对上述背景,本论文以溶液法制备的PbSe量子点为基础,使其与硅基光电压结型场效应管结合,制备了一种新型的近红外量子点光电探测器,并且借助多种表征与测试手段,对探测器的性能做了大量分析与研究。本论文通过化学溶液法合成PbSe胶体量子点(colloidal quantum dot:CQD),控制反应时间得到不同粒径大小的量子点。随着反应时间的增加,量子点晶粒尺寸由3.8nm左右增加至5.8nm左右。同时,合成得到的量子点,其吸收光谱峰在近红外波段可调,此外,在合成过程中引入卤化物,引入卤族元素的目的是钝化量子点使其在空气中更加稳定。基于已经合成的PbSe量子点,本论文利用光刻、刻蚀、磁控溅射等半导体工艺合成了Si:PbSe-CQDs近红外光电探测器。该器件利用硅和PbSe量子点之间的界面处产生的光电压改变耗尽层宽度从而实现探测,可以提供648.7A/W的高响应度以及32.3μs的快速响应。同时,器件的比探测率可以达到7.48×1010Jones,外量子效率可以达到6.47×10~4%,光谱响应范围拓展至400-2000nm。此外,论文还探究了沟道面积以及量子点尺寸对探测器性能的影响,研究发现:器件小尺寸化对探测器性能提升至关重要;不同粒径大小的量子点使得器件在特定波段展示出高性能,以上工作为器件的进一步优化提供了思路。
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