二维碲及其异质结的制备与光电化学光电探测器性能研究

作     者：王亚玲 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈永涛

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0803[工学-光学工程] 

主      题：二维碲 碲/硒异质结 光电化学型光电探测器 水热法 

摘      要：光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件,在日常生活中发挥着重要的作用。然而目前基于硅材料等制成的光电探测器难以满足宽波段、超灵敏的发展需求,因此,探索高性能的光电探测材料具有重要的研究价值。近年来,二维材料因其独特的物理化学特性而受到研究者的青睐。其中,二维碲(Te)作为一种新兴的单元素二维材料,兼具合适的带隙以及优异的光吸收能力,是制备高性能光电探测器的理想材料。基于此,本论文以新兴的二维Te材料为研究对象,同时以其为模板,开发了简单的合成方法制备了Te/Se异质结,并基于这两种材料制备了低成本、可实现自供电光探测的光电化学(PEC)型光电探测器以研究其光电性能。主要研究内容如下:(1)采用水热法制备了大尺寸、高质量二维Te纳米片。构建了基于二维Te纳米片的PEC型光电探测器,并对其光电性能进行系统评估。结果表明,二维Te基PEC型光电探测器在KOH电解液中具有出色的自供电光探测能力,并表现出较快的响应速度以及良好的稳定性。同时,通过调控KOH电解液的浓度和偏置电压能够优化光电探测器的光响应性能。此外,器件的探测波长能够覆盖从紫外光(365 nm)到近红外光(980 nm)的宽光谱范围。(2)以制备的二维Te纳米片为模板,通过在其表面原位生长Se纳米棒制备了Te/Se异质结。基于Te/Se异质结构筑了PEC型光电探测器并对其光响应性能进行了研究。结果表明,基于Te/Se异质结的PEC型光电探测器同样表现出优异的自供电和宽波段光探测能力。在0.6 V偏置电压下,器件的最大光响应度达到83.19μA W,最大比探测率达到3.3×10 Jones。此外,该器件还具有良好的稳定性以及较快的响应速度,其上升和下降时间分别为0.08 s和0.18 s。