石墨烯与砷化镓异质结光电器件的研究

《石墨烯与砷化镓异质结光电器件的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10270分类号：O469学号：152200669硕士学位论文石墨烯与砷化镓异质结光电器件的研究学院：数理学院专业：凝聚态物理研究方向：光学研究生姓名：胡之厅指导教师：刘锋教授/陈刚研究员完成日期:2018年04月上海师范大学硕士学位论文摘要摘要石墨烯（Graphene）单原子层的厚度，对光的本征吸收很低，这使得仅仅依靠石墨烯本身，很难获得高性能的光电器件。砷化镓（GaAs）是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，具有与金刚石相似的闪锌矿结构，它是一个直接带隙半导体，禁带宽度为1.42eV。砷化镓中电子迁移率很高，大约为硅的6倍，并且它的饱和电子漂移速度极高。Graphene与GaAs接

2、触，由于两者功函数存在差异，在两者接触界面处会形成肖特基结，利用该肖特基结制备出的器件，对光有很强的吸收，并且能够产生很强的光电响应。本文首先制备了Graphene/GaAs肖特基结二极管，研究了其暗电流特性，以及光电响应。实验发现肖特基结势垒和理想因子，都受到温度的影响，而且该肖特基结能够产生很强的光电响应，零偏压下，响应率可达到4.59mA/W，探测率可达到2.29×1010cmHz1/2W-1，且开关比可达到103；其次，制备了Graphene/GaAs近红外探测器，研究了其光电响应，发现其在可见光和近红外波段，都有较强的光电响应，并可实现栅压对光电响应的调控。并在器件中引

3、入InAs量子点结构，讨论了Graphene/InAsQDs/GaAs异质结复合结构对光电响应的影响。同时，进一步将Graphene与GaAs基高迁移率晶体管（HEMT）相结合，利用Graphene与GaAs界面处的异质结势阱，所形成的二维电子气，通过栅极电压对沟道内二维电子气浓度的调控机制，综合了Graphene的光热电效应、Graphene/GaAs异质结的非对称性，以及等离子体波HEMT的非共振响应，制备了一种在微波和太赫兹波段都能产生很强的光电响应的探测器。通过偏压的调控，该器件在微波和太赫兹波段的入射光照射下，可分别产生6.16μA和0.113μA的光电流，响应率分别可

4、达到2.3×104V/W和1.105×103V/W，噪声等效功率分别为8.66×10-11WHz-1/2和4×10-12WHz-1/2。通过制备Graphene/GaAs肖特基二极管、Graphene/InAsQDs/GaAs异质结复合结构近红外探测器以及Graphene/GaAs基HEMT太赫兹探测器，及相应的实验讨论分析，验证了Graphene/GaAs异质结结构在可见光、近红外、微波以及太赫兹波段的宽谱光电响应和丰富的响应机理。这充分展现出基于Graphene/GaAs异质结结构的光电器件的巨大潜在优势，为未来异质结超宽光谱光电响应器件的研究与应用提供了良好的平台。关键词：

5、石墨烯;砷化镓;量子点;高迁移率晶体管;微波;太赫兹IShanghaiNormalUniversityMasterofPhysicsAbstractAbstractThethicknessofsingleatomiclayerforgraphenemakesitsintrinsicabsorptionoflightisverylow.Itissohardtoobtainphotoelectricdeviceswithahighperformancedependingongraphene.GalliumarsenideisaⅢ-Ⅴsemiconductormaterial,with

6、asphaleritestructuresimilartodiamondandadirectbandgapof1.42eV.TheelectronmobilityinGaAsisveryhigh,morethansixtimesthatofsilicon.Andsaturateddriftvelocityofitselectronisextremelyhigh.DuetothedifferenceofworkfunctionbetweengrapheneandGaAs,schottkyjunctionswillbeformedattheinterfacebetweenthem.M

7、orever,thedevicesfabricatedbyusingtheschottkyjunctionhaveastrongeropticalabsorptionandphotoelectricresponse.Inthisletter,wefirstlydesignedandfabricatedaschottkyjunctiondiodes.Westudiedthecharacteristicsofdarkcurrentandphotoelectricresponseoft