基于胶体量子点红外光电探测器的研究

摘要

近红外PbS、PbSe胶体量子点（quantum dots（QD））展现出一些显著的性质，其包括尺寸可调的带隙和窄的发射带。同时，也具有溶液加工性，适用于制造大面积和低成本的光电子器件。PbS、PbSe QD能够作为光敏材料的近红外光电探测器已经被广泛的实验研究，但是探测器还没有达到应用的标准。为了使PbS、PbSe QD在未来的光电探测器中实现巨大的商业价值，PbS、PbSe QD光电探测器的性能仍然需要很大的改进。 本论文主要的工作： 首先，研究了高光响应度的石墨烯-体异质结（石墨烯位于体异质结层和衬底之间）的红外光电探测器。石墨烯-体异质结器件的光响应度达到101 A/W，而体异质结器件的光响应度大约为10-1 A/W。主要由于石墨烯的高载流子迁移率，石墨烯-体异质结器件的光响应度提升了两个数量级。 其次，研究了宽光谱响应度的石墨烯-层异质结的红外光电探测器。该光电探测器的光响应度为?133 A/W，外量子效率大约是1×104％和归一化探测度高达9.8×1010 Jones。同时，该器件展现出从可见光到红外的宽光谱响应范围。 接着，研究了高开关比的垂直结构的量子点红外光电探测器。该光电探测器的主要性能参数是大于105的高电流开关比（大大超过所报道的横向 PbSe量子点光电晶体管），低阈值电压和低亚阈值斜率。同时，该器件也表现出较好的光电性能，如9×102 A/W的光响应度和3×1011 Jones的归一化探测度。 最后，研究了短沟道的垂直结构的graphene和PbS QDs混合物红外光电探测器。该光电探测器的沟道长度能够缩小到亚微米的量级。由于石墨烯具有高的载流子迁移率，PbS QDs中的光生载流子迅速地转移到石墨烯基质中，载流子在皮秒量级时间内漂向漏电极。该器件具有光响应度和归一化探测度大约为2×103 A/W和7×1012 Jones。

目录

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第一章 综述

1.1引言

1.2量子点概述

1.3胶体量子点器件的分类

1.4基于胶体量子点光电探测器的研究现状

1.5主要研究内容

第二章 场效应光电晶体管的基本理论

2.1场效应晶体管的分类

2.2场效应晶体管的基本原理

2.3场效应光电晶体管的性能参数

2.4溶液法制备场效应晶体管

2.5小结

第三章 石墨烯、聚合物和量子点的体异质结的红外光电探测器的研究

3.1引言

3.2石墨烯

3.3聚合物

3.4石墨烯、量子点和聚合物制备及表征

3.5石墨烯-体异质结器件和体异质结器件的制备

3.6石墨烯-体异质结器件和体异质结器件电学特性的研究

3.7石墨烯-体异质结器件和体异质结器件的光电特性的研究

3.8小结

第四章 石墨烯、聚合物和量子点层异质结红外光电探测器的研究

4.1引言

4.2石墨烯、量子点和聚合物的制备及表征

4.3石墨烯-层异质结器件和层异质结器件的制备及表征

4.4石墨烯-层异质结器件和层异质结器件的电学特性的研究

4.5石墨烯-层异质结器件和层异质结器件的光电特性的研究

4.6器件的光电传感机制

4.7小结

第五章 量子点垂直结构红外光电探测器的研究

5.1引言

5.2金银纳米线和量子点制备及表征

5.3量子点垂直结构器件的制备及表征

5.4量子点垂直结构光电探测器的电学特性研究

5.5量子点垂直结构光电探测器的研究

5.6小结

第六章 石墨烯/量子点混合物垂直结构红外光电探测器的研究

6.1引言

6.2石墨烯和量子点混合物的制备与表征

6.3器件的制备及表征

6.4石墨烯和量子点器件电学特性的研究

6.5石墨烯和量子点器件的光电特性的研究

6.6小结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢