硒化镓纳米结构的CVD制备及其光电特性研究

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1、学校代号10532学号S140700573分类号O4密级公开硕士学位论文硒化镓纳米结构的CVD制备及其光电特性研究学位申请人姓名唐路平培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称周洪副教授学科专业物理学研究方向纳米光电子学论文提交日期2018年5月15日学校代号:10532学号:S140700573密级:公开湖南大学硕士学位论文硒化镓纳米结构的CVD制备及其光电特性研究学位申请人姓名：唐路平导师姓名及职称：周洪副教授培养单位：物理与微电子科学学院专业名称：物理学论文提交日期：2018年5月15日论文答

2、辩日期：2018年5月30日答辩委员会主席：刘全慧教授CVDGrowthandPhotoelectronicPropertiesCharacterizationofGaSenanomaterialbyTangLupingB.S.(ShaoyangUniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsandElectronicSciencein

3、theGraduateschoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorZhouHongMay,2018硕士学位论文摘要层状硒化镓是一种重要的二元半导体,它具有各向异性、较宽的带隙、新奇的光学和电学性质等特性。这使得硒化镓在太阳能电池、光探测器及集成光电子器件等领域有很好的应用前景。本论文首次报道了通过化学气相沉积的方法自催化合成硒化镓纳米结构的方法，通过合理的选择反应物和控制响应的实验条件，制备出了单晶GaSe纳米带、纳米片以及大面积薄膜。采用微

4、纳加工的方法研制了基于GaSe纳米带材料的场效应晶体管和光电探测器，并对其光电子特性进行了系统的研究。(1)采用Ga和Ga2Se3作为反应源在SiO2片上自催化合成大量高质量的GaSe纳米带。通过光学显微镜，SEM和AFM可以清晰地看到所得到纳米带表面平整干净，宽度为1到20微米，尺度长达十几毫米，厚度大约100nm左右。XRD，TEM及EDX测试显示出我们得到的GaSe纳米带具有六方晶相结构，原子比例为Ga:Se=1:1且有很好的结晶质量。单根纳米带的拉曼散射光谱及光致发光光谱的峰位和之前的报道一

5、致，充分证明我们合成的GaSe纳米带有优异的结晶质量。(2)以所合成的GaSe纳米带为材料，采用高精度的电子束曝光系统和热蒸发的系统制作纳米带场效应晶体管和光电探测器。测试显示GaSe纳米带显示出p型半导体的性质，这与之前的报告一致。其载流子迁移率为1.06cm2V-1S-1，场效应晶体管显示出超低漏电流(小于1pA)和高开关比(106)。同时，GaSe纳米带在520nm激光照射下显示出良好的功率相关响应特性，该设备的最大R值可达164.4AW-1,比已报告的GaSe光电探测器(2200mAW-1)

6、高。对于光电探测器来说，可靠和快速的响应速度是至关重要的。光开关的上升时间τr和下降时间τd分别是0.26s和0.2s。这种高性能的响应主要是由于GaSe单晶体的高质量，这有助于减少缺陷诱导产生的电子-空穴对复合。对比同类型的GaSe纳米带器件，我们发现我们制作的GaSe纳米带探测器具有更好的性能。(3)在此基础上，通过合理的控制反应条件实现了大面积的GaSe薄膜的生长。并且用SEM，AFM，TEM，PL，Raman等手段测试了所合成GaSe纳米片的性质。实验显示我们得到的大量的GaSe纳米片具有较

7、高的结晶质量。GaSe纳米片在大规模集成电路里面有很高的应用前景。同时我们还通过在Ga2Se3中加入In2Se3去合成InxGa1-xSe纳米带来实现纳米带的带隙调控问题，获得了In0.1Ga0.9Se纳米带。这些都是具有开创性的工作。为我们后续进一步的研究奠定了基础。关键词：GaSe；自催化；光电探测器；带隙-II-硕士学位论文AbstractThelayeredmaterialgalliumselenideisanimportantbinarysemiconductor.Becauseithas

8、anisotropy,widebandgapandnovelopticalandelectricalproperties.Thesecharacteristicsmakegalliumselenidehavinggoodapplicationsprospectsinsolarcells,opticaldetectorandintegratedoptoelectronics.Inthiscase,wehavesynthesizedalargenumberofhigh-q