PdSe2基范德华异质结光电探测器的制备及性能调控

作     者：高红蕾 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李奎龙

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：PdSe2 过渡金属硫属化物 范德华异质结 光电探测器 

摘      要：继石墨烯被发现之后,人们对二维（2D）材料的兴趣与日俱增。研究者们陆续发现很多新颖的二维材料,如黑磷（BP）和过渡金属硫族化合物（TMDCs）等。TMDCs作为研究最广泛的2D材料之一,能够通过范德华力与其他半导体材料构建范德华异质结（vdWHs）。其中,新兴的PdSe具有宽的可调带隙、高的载流子迁移率、强的热稳定性、各向异性的晶体结构和可调谐的双极性,这为光电探测器的发展提供了新的思路。PdSe及其异质结一定程度上能够优化光电探测器的性能,但仍存在一些挑战。这些挑战包括优化制造工艺和合理设计PdSe异质结等,以提高样品的结晶质量和器件的光电性能,使光电探测器能够满足不同应用领域的需求。在此基础上,本论文做了以下研究: 本文采用化学气相沉积方法获得了高质量的大面积单层MoS和少层PdSe薄膜,利用PMMA法成功构筑了MoS/PdSe异质结并制备了相关探测器。光电测试结果表明MoS/PdSe光电探测器具有宽光谱响应特性（覆盖可见-近红外波段）,在830 nm光照下响应度、比探测率和响应速度分别达到6.9 A W,6.3×10Jones和0.378/0.708 s。这主要归因于异质结的光吸收增强和Ⅱ型能带结构。特别是光照下,样品的层内激发和样品间的层间激发都有助于相关层中载流子的产生,从而实现宽带光响应。此外,该光电探测器还呈现一定的线偏振响应特性,其二向色性比值约为1.34。 同时,本文构建了一种基于ReSe/PdSe异质结的新型偏振光电探测器,并对其光电性能进行系统探究。紫外光电子能谱（UPS）证明了该异质结具有Ⅱ型能带结构,能够促进载流子的分离和跃迁。该器件不仅实现了从近紫外到近红外的宽带响应,还在638 nm光照射下表现出313 mA W的高响应度。由于异质界面处的内置电场,器件还展现出上升/下降时间约70/82μs的快速光电开关速度。另外,通过施加栅压对器件偏振性能进行了调控,在980 nm光的照射下获得的最高二向色性比高达1.42,证明该器件能够提取偏振信息,提高了探测器在复杂环境下的工作能力。 综上所述,本文实现了高质量大面积的PdSe制备,构建的MoS/PdSevdWHs实现了宽带检测范围和高响应度。得益于ReSe和PdSe的各向异性晶体结构,实验构建的ReSe/PdSevdWHs表现出优异的偏振敏感性。本研究从材料制备和实验条件调控等方面进行了精细的设计,为构建宽带、超快、高响应的偏振光电探测器提供了新的思路,未来有望在军事和民用领域中实现高精度检测。