基于硅基二维-三维异质结光电探测器的研究

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1、１０３５９单位代码：公开密级：２０１５１７０７５６ＴＢ３８学号：３分类号：ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ（专业硕士）二－论文题目：基于ｆｉ硅基维三维异质结光电探测器的研究集成电路工程专业名称：作者姓名：许克伟导师姓名：于永强副教授２〇１８年３月丨丨完成时「丨：单位代码：10359密级：公开学号：2015170756分类号：TB383HefeiUniversityofTechno

2、logy硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION（专业硕士）论文题目：基于硅基二维-三维异质结光电探测器的研究专业名称：集成电路工程作者姓名：许克伟导师姓名：于永强副教授完成时间：2018年3月合肥工业大学专业硕士学位论文基于硅基二维-三维异质结光电探测器的研究作者姓名：许克伟指导教师：于永强副教授专业名称：集成电路工程研究方向：微纳功能材料与器件2018年3月ADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterSiliconcompatibletwo-dimen

3、sional-three-dimensionalheterojunctionphotodetectorsByXuKeweiHefeiUniversityofTechnologyHefei,Anhui,P.R.ChinaMarch,2018致谢三年前，我曾懵懵懂懂地拖着行李箱踏入这个被师兄师姐称为“小白楼”的地方，对周边的所有事物保持敬畏和好奇心。如今我已备好行装蓄势待发从这里出发踏入社会，进入人生的另一阶段。回顾研究生生涯期间，难忘师恩，不舍同窗。首先衷心感谢我的导师于永强老师，在科研上的悉心指导以及生活上

4、无微不至的关怀。在生活中，于老师平易近人，设身处地为学生着想，真正做到一切为了学生。他常常教诲我们做学问和做人的道理，他淡泊名利，不追求功名利禄的心态让我懂得了不论社会环境如何变化，保持平常心，不忘初心的道理。在科研中，于老师严谨的科研态度、精益求精的学术精神，同样深深感染了我，让我懂得做事需要“事无巨细，悉究本末”的探索精神和锲而不舍的恒心。于老师的为人处世的风格对我一生产生深远影响，我也定将为此受益匪浅，这份感激我将铭记于心，难忘师恩。再次真挚的对于老师道一声谢谢您的教诲。其次要真挚的感谢研究团队的罗林

5、保老师、吴春燕老师、王莉老师、张彦老师，在数据整理过程中给予建议和指导。感谢郑坤、耿祥顺、张腾飞、童国庆、李学留、刘丹丹、汪丹丹等师兄师姐在实验室过程中给予帮助与指导。感谢同窗孔维玉、王奎元、吴国安、王九镇、王友义、何淑娟相互帮助，相互促进共同努力。感谢李智、卢志坚等师弟师妹的帮助。感谢我的室友凤志成、吴国安、付广胜在生活中的包容与帮助。感谢女朋友的陪伴、理解和支持，在我缺乏斗志时鼓励我，给予我继续前行的勇气。特别感谢我的家人无私奉献和生活上的援助，你们的支持是我前行中最大的动力。最后感谢合肥工业大学对我的

6、培养，感谢“国家自然科学青年基金”、“中央高校基金”的支持。作者：许克伟2018年3月14日I摘要随着二维材料的出现，人们发现二维材料在电学、光学以及力学领域拥有众多其体材料所不具备的优异特性。与传统的共价键有所不同，二维-三维(2D-3D)范德瓦尔斯异质结(vdWHs)结合了二维材料的优异特性和体材料的成熟制备工艺与传统的微电子技术。由于硅基2D-3D异质结与CMOS工艺具有很好的兼容性，这将在集成光电子器件中具有良好的应用前景。本文以构建宽光谱高性能硅兼容的2D-3D异质结光电探测器为导向，主要研究内容

7、如下：(1)针对二维二碲化钼(2D-MoTe2)光电探测器制备过程中工艺复杂和材料转移过程中引入的界面污染等问题，采用脉冲激光沉积方法在硅衬底上首次原位设计制备了商用尺度的多层(FL)-MoTe2/Si异质结光电探测器。通过分析和优化器件制备工艺，实现宽光谱高速(FL)-MoTe2/Si异质结光电探测器的可控构筑。光谱响应范围为300nm–1550nm，0V偏压下响应度(R)和探测率(D*)分别高达0.19AW-1和6.8×1013J。更为引人注目的性能是器件的3dB带宽达到0.12GHz以及响应速度(τr

8、/τf)高达52ns，这远远快于迄今为止报道过的大多数二维材料光电探测器，并可以与商用硅基器件相媲美。(2)为了拓展Si光电探测器的光谱响应，选取具有紫外至微波波段均有吸收的石墨烯(Graphene)为接触电极材料，构建了2D-3DGraphene/SivdWHs光电探测器。通过控制化学气相沉积法（CVD）制备的Graphene特性，实现器件在1550nm波段具有显著的光响应。器件在0V偏压开光比达到1.2×10