石墨烯场效应晶体管的光响应特性研究

采用电子束曝光和剥离工艺制备石墨烯场效应晶体管, 并研究其光电响应特性。结果表明, 当激光光斑(波长为633 nm)照射在金属电极边缘的石墨烯沟道时, 可测得明显的光电流。背栅电压能够有效调制光电响应, 可以改变光电流的大小和方向。在背栅调控下, 光电流出现饱和现象, 石墨烯晶体管的光响应度最大达到46.5 μA /W,可用于构建基于石墨烯的新型光探测器。     

高响应率石墨烯-CsPbBr3量子点光电探测器

全无机金属卤化物钙钛矿材料CsPbX_3(X=Cl,Br,I)不仅有优异光电特性,还有比有机-无机杂化钙钛矿更好的热稳定性,在光电探测器领域有很大应用前景.但由于全无机钙钛矿材料自身迁移率较低,直接用于光电探测器其光响应率也很低,难以满足实际应用.以热注入法合成高质量的CsPbBr_3钙钛矿量子点材料,再将其与高迁移率的单层石墨烯薄膜相结合,构建出石墨烯-CsPbBr_3量子点复合光电探测器,光响应率高达3.5×10~4 A·W~(-1).研究表明引入石墨烯材料作为传输层后,CsPbBr_3量子点的光生电子空穴对得到有效分离并快速传输.两种材料界面处存在陷阱态,产生了光栅压效应,延长了载流子寿命.两种机制结合使复合光电探测器的光响应率大大提升.     

石墨烯量子点荧光探针在磷酸盐检测中的应用

本文以石墨烯量子点为荧光探针构筑了高选择性磷酸盐传感器.石墨烯量子点的荧光发射波长在407nm,Eu3+可使其荧光发生猝灭.随着磷酸盐的逐渐加入,Eu3+从石墨烯量子点的表面释放出来与磷酸盐结合,猝灭的荧光逐渐回升.回升的荧光信号与磷酸盐浓度成正比,线性范围为8.0×10-7到9.0×10-6mol/L,检出限为1.0×10-7mol/L.所制备的传感器具有较高的灵敏度和选择性,且测定简单,快速,使其具有一定的实际应用价值.     

4H-SiC紫外光光电晶体管模拟与分析

根据光电晶体管的物理机理和SiC材料参数,建立了4H-SiC紫外光电晶体管的数值模型,利用Silvco软件对其I-V特性和光谱响应等特性进行了模拟与分析;通过研究4H-SiC紫外光电晶体管不同结构尺寸下的光谱响应特性,对其各区掺杂浓度与厚度等参数进行优化设计。结果表明,优化后的光电晶体管光谱响应范围为200～380 nm,峰值波长为270 nm,相应的响应度为300A/W,而对可见-红外光的响应度均小于2 A/W,具有较高的紫外光分辨率,可以实现在较强的红外及可见光背景下有效地进行紫外光探测。     

石墨烯晶体管研究进展

针对集成电路的特征尺寸小于10nm以下所面临的短沟道效应、隧道效应和制造工艺限制困难引发的研究热点——石墨烯能否替代硅,着重从数字晶体管、射频晶体管和柔性透明晶体管3个方面概括和分析了新型石墨烯晶体管的发展现状。分析认为:石墨烯平行纳米带阵列结构和异质结结构有望打开石墨烯禁带以实现大的电流开关比,将是石墨烯数字晶体管的研究热点;通过降低接触电阻、接入电阻以及衬底、栅介质的匹配来提高截止频率和最大振荡频率将是石墨烯射频晶体管的主要发展趋势;基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底和离子凝胶栅介质的柔性制造技术,最有希望在保证石墨烯高迁移率的基础之上实现全石墨烯透明柔性电路,使石墨烯晶体管得以实用,必将对集成电路行业产生巨大影响。     

CdSe/CdS量子点共同敏化TiO_2纳米管阵列光阳极研究

为了探究量子点共敏化对TiO_2纳米管阵列太阳能电池的光电转换效率的影响,采用连续离子层沉积法制备了不同循环沉积次数的Cd Se量子点敏化和Cd Se/Cd S量子点共敏化TiO_2纳米管阵列光阳极,并采用能谱分析、扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外吸收光谱等方法对光阳极进行了表征。以制得的光阳极组装了太阳能电池,并对其光电转换效率和伏安特性进行了测试。研究结果表明:制备的Cd Se/Cd S量子点共敏化太阳能电池比Cd Se量子点单独敏化的太阳能电池更有效地吸收长波太阳光,在波长为575 nm处最大光电转化效率达到35.3%,对640 nm波长的光仍然有超过10%的量子效率;最大短路电流密度为5.45 m A/cm2,开路电压为0.64 V,光电转换效率达到1.95%,Cd Se/Cd S量子共敏化太阳能电池光电转换效率比Cd Se量子点单独敏化的提高了约2倍。     

低噪声、宽谱响应的碳纳米管薄膜-石墨烯复合光探测器

采用高纯半导体碳纳米管薄膜和石墨烯构建复合结构光探测器, 研究其光电响应特性。结果表明, 在光照下, 顶层石墨烯中的光生载流子通过碳纳米管与石墨烯之间薄的非晶硅层, 隧穿至底层的碳纳米管薄膜中, 在非晶硅层两侧分别富集电子和空穴, 形成光致栅压(Photogating), 有效地改变了碳纳米管薄膜晶体管的电流。器件在可见光(633 nm)条件下得到响应度为83 mA/W, 并在近红外波段范围内仍保持好的光响应特性。由于石墨烯具有宽谱光吸收特性, 半导体碳纳米管薄膜晶体管具有小的暗电流, 碳纳米管–石墨烯复合光探测器发挥了两种材料的优势, 为今后高性能宽谱光电探测器的制备奠定了基础。     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

GaN基MSM结构紫外光探测器

在蓝宝石(0001)衬底上采用低压金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN外延层, 以此为材料, 制作了暗电流很小的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外光探测器. 测量了该紫外光探测器的暗电流和360 nm波长光照下的光电流曲线、光响应曲线和响应度随偏压变化的曲线. 该紫外光探测器在5 V偏压时暗电流为1.03 nA, 在10 V偏压时暗电流为15.3 nA. 在15 V偏压下该紫外光探测器在366 nm波长处的响应度达到0.166 A/W, 在365 nm波长左右有陡峭的截止边. 从0~15 V, 该紫外光探测器在360 nm波长处的响应度随着偏压的增加而增大. 详细地分析了该紫外光探测器的暗电流、光电流、响应度随偏压变化的关系.     

CdSe量子点的合成及其标记水杨酸受体研究

水相合成了巯基丙酸(MPA)和对巯基水杨酸(MSA)双修饰的CdSe量子点,优化了量子点的合成条件并对其进行表征,探讨了量子点的毒性并成功将其应用于标记绿豆幼苗中水杨酸受体.结果表明,在pH为11.30、Cd:Se:MPA:MSA的摩尔比为1:0.5:2.5:1、反应温度为90℃时回流45 min,量子点荧光强度最大;双修饰量子点分布均匀,粒径约为3 ～4 nm;相对巯基丙酸单修饰量子点,其紫外可见吸收光谱出现红移,荧光强度明显增强,激发波长和发射波长λex/λem为365 nm/540 nm;双修饰量子点的毒性比单修饰量子点有所降低;标记实验表明绿豆幼苗水杨酸受体主要存在于根部.     

CsPbI3量子点在不同极性溶剂的光学特性

全无机钙钛矿CsPbI₃量子点具有发射谱线窄、荧光量子产率高和稳定性强等特点,在红光LEDs和新型太阳电池领域具有广阔的应用前景.本文通过热注入法在正己烷溶剂中合成了CsPbI₃ 量子点, 并对其结构和光学特性进行表征,结果表明,量子点主要的发光机制是量子限制区自由激子复合.通过改变溶剂的种类(正己烷、甲苯、乙酸乙酯、乙酸甲酯)对量子点的光学特性进行了调整,研究发现随着溶剂极性的增加,发光峰位从615 nm红移至660 nm,这是因为极性溶剂对量子点表面具有修饰作用,通过改变溶液极性实现CsPbI₃量子点发光峰位调节的条件为制备波长可调的光电器件提供了一定的实验参考.     

CdTe量子点的制备与应用

在微波样品处理器中, 合成了量子产率为65%的CdTe量子点, 发射波长为510~670 nm. 该方法合成的量子点半峰宽较窄, 发光强度较高. 为了提高光稳定性, 在制备的CdTe量子点表面包覆了硅层, 得到尺寸分布较均匀的纳米粒子, 并对其进行毒性检验.     

具有荧光特性的硅量子点合成及在铁离子检测中应用

设计了一种新型的高荧光硅量子点(Silicon quantum dots, Si QDs)的合成方法,并尝试探索其制备机理以及在三价铁离子(Fe~(3+))检测中的应用.与传统的还原法制备硅量子点相比,3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在硫酸的作用下能够得到具有高荧光、低尺寸特性的硅量子点.结果表明该硅量子点的最佳激发波长和对应发射波长分别为305 nm和384 nm.在水溶液中,Si QDs和Fe~(3+)通过配位作用使得硅量子点发生明显聚集诱导淬灭现象(aggregation caused quenching ACQ),该方法能在2.5μM～250μM的范围内实现对Fe~(3+)的灵敏检测,检出限为670 nM.     

科学家找到压印量子点的新方法

量子点是一些肉眼无法看到的、极其微小的半导体纳米晶体,由锌、镉、硒和硫原子组合而成,晶体中的颗粒直径不足10nm。量子点有一个特性：当受到电或光刺激时就会发光,产生亮光和纯色,发出光线的颜色由量子点的组成材料、大小及形状所决定。量子点发光波长范围极窄,所发出的光不但颜色非常纯粹,     

油酸石蜡体系中红光CdSe量子点的合成及其高显色指数白光LED制备

半导体量子点具有量子尺寸效应,其半导体带隙随着量子点尺寸的减小而增大.在油酸石蜡绿色合成体系中通过引入表面活性剂油胺来调控Cd Se量子点尺寸.加入油胺可得到大粒径的Cd Se量子点,其发光光谱范围可以扩展到红光区域,得到发射波长为630 nm的量子点.对红光量子点进行二氧化硅包覆得到稳定的光转换材料,并与蓝光LED芯片以及黄光荧光粉进行封装得到显色指数Ra为90的高显色指数白光LED器件.     

穿通增强型硅光电晶体管的结构及参数优化

为克服各种常用光电探测器件的缺点, 对穿通增强型硅光电晶体管进行了结构优化和参数优化。将窄基区穿通晶体管仅在一侧与宽基区光电晶体管复合的传统结构, 改进为窄基区穿通晶体管在中间, 两侧各复合一个长度减半的宽基区光电晶体管。同时, 对不同窄基区宽度下的暗电流、 光生电流及光电响应率等随偏压变化的电学性能和光电转换特性进行仿真, 得到窄基区宽度最优参数。然后对优化后的器件在不同光强下的光生电流和光电响应率随偏压的变化进行了仿真, 分析了器件在不同光强下的响应特性。结果表明, 当窄基区宽度为0.6 μm时, 器件性能折中达到最优, 在0.5 V偏压下, 器件暗电流仅为1 μA;入射光功率密度为10^-7 W/cm²时, 器件响应率高达4×10⁶ A/W。     

闪锌矿InχGal-χ N/GaN量子点的光学特性

在有效质量近似下,通过变分方法研究了束缚于闪锌矿InGaN/GaN量子点中的激子态.详细研究了振子强度和发光波长随InGaN/GaN量子点结构参数和量子点内In含量的变化关系.数据结果表明:量子点结构参数和In含量对闪锌矿InGaN/GaN量子点的振子强度和发光波长有重要的影响;激子效应使量子点发光波长红移.     

高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm~2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.     

石墨烯薄膜的化学气相法制备及光、电特性研究

利用化学气相沉积方法制备了石墨烯薄膜,并研究了其光电特性。以乙醇做反应原料、氩气作为携载气体,在873 K、973 K、1 073 K的温度下合成石墨烯薄膜。应用光学显微镜观察,发现在1 073 K时能够制备大面积均匀、平整光滑的石墨烯薄膜。纳曼光谱分析结果表明:制备的石墨烯薄膜出现2 650 cm-1的石墨烯的特征峰-D强峰,同时该峰强度随温度的升高而迅速增强,说明低温不能使沉积的碳原子有效的石墨化为石墨烯,而较高的温度有助于乙醇分解并石墨化为石墨烯薄膜。在1 073 K时沉积的石墨烯薄膜具有良好的光、电特性,其电子迁移率可以达到104 cm2.(V.s)-1,光透射率达97%,因此,可用于制备石墨烯晶体管、太阳能电池等光电子器件。     

石墨烯量子点对对苯二酚的检测

以柠檬酸为碳源,采用一步熔融法制备了石墨烯量子点,通过红外光谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱对其光学性能进行表征,同时考察了石墨烯量子点耐光漂白能力和抗盐性. 该石墨烯量子点可应用于对苯二酚的检测,其荧光强度与对苯二酚浓度成良好的线性关系(R²=0.979),方法的检测限为3.1 nmol·L^-1, 线性范围为1.0×10^-7~5.0×10^-6 mol·L^-1.