场效应晶体管结构的高性能pbse量子点红外探测器

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1、中图分类号：O469UDC分类号：538.9场效应晶体管结构的高性能PbSe量子点红外探测器作者姓名付春杰学院名称物理学院指导教师杨盛谊教授答辩委员会主席邹建教授申请学位理学硕士学科专业凝聚态物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月HighperformanceofPbSecolloidalquantumdotinfraredphotodetectorwithfield-effecttransistorconfigurationCandidateName：ChunjieFuSchoolorDepartment:SchoolofPhys

2、icsFacultyMentor:Prof.ShengyiYangChair,ThesisCommittee:Prof.JianZouDegreeApplied:MasterofScienceMajor：CondensedStatePhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过

3、的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要IV-VI族胶体量子点是一种直接窄带隙半导体材料，这些材料具有明显的量子尺寸效应、表面效应以及多激子产生效应，可广泛应用于红外光电探测器、生物示踪、太阳能电池、光纤通讯等领域。近几年，近红外波段的量子点（如HgTe，InP，InAs，PbSe，PbS和PbTe等）的合成发展迅速，相对于其他材料，硫族铅盐（如PbSe和PbS）量子点又

4、具有独特的优势。作为一种直接窄带隙（0.28eV）半导体材料，硒化铅（PbSe）对红外波段的光具有较强的吸收、具有多激子产生效应，所以可以被广泛应用于红外光电器件中。另外，PbSe量子点具有较大的激子玻尔半径（46nm）、高介电常数（εm=23）、其吸收光谱可以调节，相对于体材料有很大的蓝移,所以吸引了很多人的研究。但是，PbSe量子点对水汽和空气特别敏感，因此，如何获得稳定且尺寸可控的量子点并优化PbSe半导体量子点化学性质成为亟待解决的问题。因此，本文中通过热注入的方法合成PbSe胶体量子点，用氧化铅（PbO）为铅源、硒粉为硒源合成了粒径在3.

5、0nm～5.0nm之间的PbSe胶体量子点，其吸收光谱峰位可在700m～2000nm之间可调。在合成PbSe胶体量子点的过程中我们做了一些改变，也就是在PbSe停止生长后，温度降到60℃的时候加入一定量的卤化物并生长10分钟，最后通过离心烘干，我们得到了PbSe量子点粉末。通过测试PbSe量子点的吸收光谱，我们发现41天后吸收光谱的峰位移动小于10nm，也就是说通过这个方法，我们获得了比较稳定的PbSe量子点。溶液法制备量子点薄膜，工艺制备相对比较简单，对工艺环境的要求也不高，因此我们可以通过溶液的方法制备低成本的量子点器件。同时，我们也制备了Pb

6、Se量子点作为有源层的红外光电探测器。经过我们的研究，得到了以下几个结论：（1）采用热注入合成的方法，用氧化铅（PbO）为铅源、硒粉为硒源合成了粒径在3.0nm～5.0nm之间的PbSe胶体量子点，其吸收光谱峰位可在700nm～2000nm之间可调。（2）对比文献，对PbSe的合成方法做了一些改变，也就是在合成过程中加入2+-2+NH4Cl使得Pb表面被Cl包覆起来，避免了Pb与空气接触，从而得到了比较稳定的PbSe量子点粉末。北京理工大学硕士学位论文（3）我们选用稳定性较好的PbSe量子点作为有源层、PMMA为绝缘层制备了基于场效应晶体管（FET

7、）结构的红外光电探测器Au(Source,Drain)/PbSe(52nm)/PMMA(930nm)/Au(Gate)，获得了比较好的器件性能，在激光2强度为0.1mW/cm的980nm的激光照射下，响应率和比探测率分别达到了1064.17mA/W、5.08×10Jones。关键词：PbSe量子点；胶体量子点；热注入法；近红外光电探测器北京理工大学硕士学位论文AbstractIV-VIcolloidalquantumdotsareakindofdirectbandgapsemiconductormaterials,whichhaveobviousa

8、dvantages,suchasquantumsizeeffect,surfaceeffectandmultipleexc