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高电压技术 2023年第1期49卷 321-330页

作者：胡伯立潘成潘子君叶宇涵唐炬武汉大学电气与自动化学院武汉430072

直流电压下绝缘子表面电荷积聚会造成电场畸变,导致气-固界面沿面放电甚至绝缘失效,因此研究表面电荷积聚与消散特性具有重要意义。为了研究电极接触方式对环氧树脂表面电荷积聚与消散特性的影响,通过在电极-环氧树脂制备而成的绝缘子... 详细信息

直流电压下绝缘子表面电荷积聚会造成电场畸变,导致气-固界面沿面放电甚至绝缘失效,因此研究表面电荷积聚与消散特性具有重要意义。为了研究电极接触方式对环氧树脂表面电荷积聚与消散特性的影响,通过在电极-环氧树脂制备而成的绝缘子接触面涂抹/不涂抹导电胶来模拟电极-绝缘子间的两种接触状态,即紧密接触/非紧密接触。进而研究金属和固体电介质间不同的接触方式对直流电压下绝缘子表面电荷积聚和消散特性的影响。实验结果表明:当电极与绝缘子间紧密接触时,材料表面主要积聚与施加电压极性相同的电荷,而当电极与绝缘子间非紧密接触时,材料表面主要积聚与施加电压极性相反的电荷。同时,随加压时间延长不同接触方式下的电荷积聚总量也有显著差异。而在消散过程中,两种接触方式下表面电荷都以沿面迁移为主导,电荷分布区域呈显著的收缩现象,且紧密接触方式下的电荷消散速度快于非紧密接触方式。

关键词：直流GIS 环氧树脂表面电荷积聚与消散电极接触方式导电胶

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二维黑磷光电探测器的制备与性能优化

二维黑磷光电探测器的制备与性能优化

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作者：倪俊豪江南大学

学位级别：硕士

近年来,黑磷(BP)作为二维材料家族中独特的一员,兼具了带隙可调控(0.3-2 e V)、载流子迁移率高(1000 cmVs)以及开关比可观(最高10)等优异特性,在光电探测尤其是近红外探测领域表现出巨大的应用潜能,基于BP的光电探测器引起了广泛的研究... 详细信息

近年来,黑磷(BP)作为二维材料家族中独特的一员,兼具了带隙可调控(0.3-2 e V)、载流子迁移率高(1000 cmVs)以及开关比可观(最高10)等优异特性,在光电探测尤其是近红外探测领域表现出巨大的应用潜能,基于BP的光电探测器引起了广泛的研究。然而,由于BP的易氧化特性,在利用传统光刻技术制备器件的过程中极易造成表面污染,从而限制器件的电学和光电性能。因此,探索更佳的器件制备方案,有效避免缺陷引入对提高BP光电探测器的性能尤为重要。本文围绕如何优化黑磷光电探测器的性能展开了系列研究,主要研究内容和结论如下:1.研究了光刻过程中曝光量对BP光电探测器性能的影响。首先,针对光刻工艺制备的薄层黑磷器件电学迟滞较大、迁移率较低、光电响应时间较长等问题,结合光学对比度、拉曼光谱等表征手段,初步得出曝光过程会在BP中引入缺陷,这是限制性能的主要因素;然后,通过改变曝光剂量制备了一系列相同厚度的BP器件,并从迟滞、迁移率、探测率和响应时间四个方面对比了器件的电学和光电性能,结果表明,随着曝光量的增加,性能均变差,尤其当曝光量从2.47 mw增加到3.91 mw时,响应时间发生了两个量级的加长,即上升时间和下降时间分别从0.08 s和0.07 s变化为16.58 s和34 s;最后,通过对荧光光谱的解谱分析,得出了缺陷峰的强度与曝光功率之间呈线性递增关系,证实了光刻过程中的曝光会在黑磷中引入缺陷,从而影响器件性能。2.基于电极制备方式优化了BP光电探测器的性能。首先,鉴于光刻过程中曝光会严重限制BP器件性能,开发了转移电极和掩膜版直接蒸镀法制备器件的工艺。利用三种方式制备了相似厚度的BP光电探测器,研究了对BP性能的影响。通过对比发现,掩模版直接蒸镀法制备的器件性能最佳,表现出最大的平均迁移率(335 cmVs)和最快的响应速度(0.49 s/1.15 s)。而转移电极法和光刻法制备的器件的平均迁移率只有178 cmVs和130 cmVs,光刻器件的响应时间甚至高达2.33 s和6.15 s。其次,对转移电极和掩模版直接蒸镀方法制备的器件进行了变温测试,发现造成两类器件性能差异的主要原因是载流子输运机制的不同。其中掩膜版直接蒸镀的器件可以很好地用Arrehenius公式进行拟合,即符合热离子发射模型,计算得到势垒高度为20.2 me V,而转移电极的器件由于制备过程中长时间暴露空气,所以表面形成了氧化层,导致隧穿。最后,对性能最优的掩模版直接蒸镀器件从多个角度进行了测试,其响应度达到8.5m A·W,并且在各向异性测试方面表现出1.75的偏振比和0.3的各向异性比。3.基于缺陷修复优化了BP光电探测器。首先,针对BP中本征缺陷对光电性能产生的影响,探索了一种利用硝酸银溶液修饰BP缺陷并改善器件性能的方法。通过对处理前后的器件进行性能表征,发现处理后的BP器件的迟滞从85.6 V减小为29 V,根据光电导效应的拟合参数α值也从0.345提高到了0.421。其次,对比了硝酸银溶液对块体BP的修饰效果,发现处理之后性能虽然有变好,但整体提升幅度没有薄层明显,表明银离子修饰主要作用于样品表面。最后,通过X射线光电能谱(XPS)进行了修饰过程的机理分析,处理后的样品在133 e V处出现新的峰,结果表明性能的提升主要归结于P与Ag的作用,验证了银离子对BP缺陷的修复。

关键词：黑磷光电探测器性能优化电极接触方式缺陷修复

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