基于锑化镓和硫化锑纳米线光探测器件的光电特性研究-光学工程专业论文.docx
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华
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
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摘 要
锑化镓作为重要的 III-V 族半导体材料,拥有高的空穴迁移率 850 cm2 /Vs 和合适的 带隙(0.7 eV)被用来制作光探测器件,尤其是高速响应的红外光探测器件。锑化镓属 于低阻抗高迁移率材料,用锑化镓纳米线作光探测器材料,其灵敏度和探测率等性能 相对较高,适合探测光强较小的可见光和近红外光。
同样是锑属化合物的硫化锑纳米线也是很好的光电子材料,拥有带隙(1.5~2.2 eV) 能探测近紫外到近红外的光,可以作为宽光谱探测应用。硫化锑属于高阻抗材料低迁 移率材料,用硫化锑纳米线作光探测器材料,其光开关稳定性能相对较好,适合探测 不同光强的紫外光至近红外光范围。但器件的响应度和灵敏度等性能不如锑化镓,因 此通过改进器件的结构,可以使得性能得到提升。
本论文的主要内容包括如下两方面:
1. 采用化学气相沉积法在硅基底上生长锑化镓纳米线,并在硅/二氧化硅基底上制 备基于单根锑化镓纳米线的光探测器件。通过性能测试发现,制作好的器件展现出极 高的灵敏度,快速的响应速度以及稳定的开关特性。在波长 700 nm、光强度 0.2 mW/cm2
的光照下,显示出光响应度为 295 A/W,响应时间为 80 ms。而基于柔性基底上的光探 测器,显示出可比拟硅/二氧化硅基底上的性能并且拥有更低的暗电流。同样条件下的 光照时,柔性探测器的探测率达到 9.7×109 琼斯,等效噪声功率达到 2.0×10-12W/Hz1/2。
2. 同样使用简单的化学气相沉积法制备出单晶结构高质量的硫化锑纳米线,并对 硫化锑纳米线进行金纳米颗粒的修饰,同时制作出基于硅/二氧化硅基底上的金纳米颗 粒修饰的硫化锑纳米线光探测器件和未修饰的器件。通过对两种器件的性能比较发现, 经过金纳米颗粒修饰后,光电流得到明显提高,响应时间减少,并且对现象的成因进 行了研究解释。而对柔性基底上的光探测器件研究显示,修饰同样使得器件的性能增 加,白光响应度从 4.9 A/W 提高到 20A/W。
关键词:锑化镓纳米线 硫化锑纳米线 金纳米颗粒修饰 柔性光探测器
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Abstract
As one of the important III-V compound semiconductor material, gallium antimonide (GaSb) with high hole mobility (850 cm2/Vs) and suitable band gap (0.7 eV) is of interest for a variety of applications, including high-speed electronics, especially infrared optoelectronics. GaSb nanowires based photodetector shows characteristics of high performance in sensitivity and detectivity while detecting visible and infrared light. As another Sb based compound, Sb2S3 nanowire is also good optoelectronic material. With suitable band gap of 1.5~2.2 eV, it can detect light from ultraviolet to infrared in wide spectral region. As the performance of Sb2S3 device is not a
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