基于胶体量子点红外光电探测器的研究

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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第—所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博士学位论文一级学科电子科学与技术：学科专业：物理电子学作者姓名：宋效先指导教师：丁欣教授天津大学研究生院２０１７年５月基于胶体量子点红外光电探测器的研究Thestudyofcolloidalquantumdot-basedinfraredphotodetector一级学科：电子科学与技术学科专业：物理电子学研究生：宋效先指导教师：丁欣教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年五月摘要近红外PbS、PbSe胶体量子点（quantumdots（QD）

2、）展现出一些显著的性质，其包括尺寸可调的带隙和窄的发射带。同时，也具有溶液加工性，适用于制造大面积和低成本的光电子器件。PbS、PbSeQD能够作为光敏材料的近红外光电探测器已经被广泛的实验研究，但是探测器还没有达到应用的标准。为了使PbS、PbSeQD在未来的光电探测器中实现巨大的商业价值，PbS、PbSeQD光电探测器的性能仍然需要很大的改进。本论文主要的工作：首先，研究了高光响应度的石墨烯-体异质结（石墨烯位于体异质结层和衬底之间）的红外光电探测器。石墨烯-体异质结器件的光响应度达到101A/W，而体异质结器件的光响应度大约为10-1A/W。主要由于石墨烯的高载流子迁

3、移率，石墨烯-体异质结器件的光响应度提升了两个数量级。其次，研究了宽光谱响应度的石墨烯-层异质结的红外光电探测器。该光电探测器的光响应度为〜133A/W，外量子效率大约是1×104％和归一化探测度高达9.8×1010Jones。同时，该器件展现出从可见光到红外的宽光谱响应范围。接着，研究了高开关比的垂直结构的量子点红外光电探测器。该光电探测器的主要性能参数是大于105的高电流开关比（大大超过所报道的横向PbSe量子点光电晶体管），低阈值电压和低亚阈值斜率。同时，该器件也表现出较好的光电性能，如9×102A/W的光响应度和3×1011Jones的归一化探测度。最后，研究了短沟

4、道的垂直结构的graphene和PbSQDs混合物红外光电探测器。该光电探测器的沟道长度能够缩小到亚微米的量级。由于石墨烯具有高的载流子迁移率，PbSQDs中的光生载流子迅速地转移到石墨烯基质中，载流子在皮秒量级时间内漂向漏电极。该器件具有光响应度和归一化探测度大约为2×103A/W和7×1012Jones。关键词：量子点，聚合物，石墨烯，透明电极，垂直结构，红外光电探测器IABSTRACTNear-infraredcolloidquantumdots(QD)showsomesignificantproperties,includingsize-tunedbandgapan

5、dnarrowemissionbands.Atthesametime,theyhavesolutionprocessingforlargeareaandlowcostdevices.PbS,PbSeQDcanbeusedasnearinfraredlight-sensitivematerialsofthephotodetector.TheperformanceoftheQDphotodetectorstillneedstobegreatlyimprovedinordertoenableQDtoachievesignificantcommercialvalueinfuture

6、photodetectors.Inthispaper,themainresearchworkare:Firstly,thehighlyresponsivegraphene-heterojunction(graphenebetweenbodyheterojunctionandsubstrate)infraredphotodetectorwasstudied.Thephotoresponsivityofthegraphene-heterojunctiondeviceis101A/W,whileresponsivityofthebulkheterojunctiondeviceis

7、about10-1A/W.Mainlyduetothehighcarriermobilityofgraphene,theresponsivityofgraphene-heterojunctiondevicesisincreasedbytwoordersofmagnitude.Secondly,thewidespectralresponseinfraredphotodetectorbasedongraphene-layerheterojunctionwasstudied.Theopticalresponsivityo