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。     

硒化铅量子点/石墨烯可见光敏晶体管的研究

石墨烯晶体管以其高载流子迁移率和宽波长范围光吸收在光探测方面得到了广泛研究.然而石墨烯极低的光吸收率限制了其响应灵敏度.以溶液法用氧化铅、硒粉、TOP为反应物一步合成硒化铅量子点,与湿法转移的单层铜基底石墨烯复合,制备硒化铅量子点/石墨烯光敏晶体管,利用石墨烯的高迁移率和量子点对光的高吸收效率提高晶体管的光响应,测试表明晶体管对波长370 895 nm范围内的光均有良好响应,在波长540 nm光强0.528μW/cm~2下的响应率达到了10~6A/W.     

杂原子掺杂石墨烯的制备及其光电转换性能研究

报道一种在离子液体辅助条件下通过小分子热分解聚合法制备硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的新方法.在对抽制备的石墨烯材料的形貌、光学性质、电学性质及半导体类型进行表征的基础上,进一步研究用电沉积方法组装的石墨烯光电极薄膜在光化学电池和固态光伏器件中的光电转换性能.实验结果表明,文中合成的掺杂石墨烯具有良好的光电转换性能,其中以硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的复合薄膜最佳,其光电化学电池的光电流达到(4.69±0.05)×10~(-5)A/cm~2,其固体器件的光电流响应为(5.38±0.38)×10~(-6)A/cm~2.     

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。     

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.     

锑层厚度对锑銫陰极光电发射的关系

我们的工作目的是为制造光电倍增管和其他光电元件提供一具有较高灵敏度的锑銫光电发射面。光电倍增管中的光电流是“背射”光电流(入射光与光电子逸出在光电阴极的二面)。对于“背射”光电流,实验确定,在其他条件相同时,存在一最佳之锑层厚度,相应于此锑层厚度的光电灵敏度最大。     

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。     

卟啉/氧化石墨烯复合物与抗坏血酸之间相互作用的光电响应研究

采用紫外可见吸收光谱法、荧光光谱法和光电化学法研究了卟啉/氧化石墨烯复合物与抗坏血酸之间的相互作用。研究发现:抗坏血酸存在下,卟啉/氧化石墨烯体系的吸光特性和强度均发生变化,同时加速激发态光电子从卟啉转移到氧化石墨烯的失活过程。光电化学测试进一步表明抗坏血酸参与了卟啉/氧化石墨烯体系的电子转移过程,增大了体系的光电流和光电压。提出了抗坏血酸参与卟啉/氧化石墨烯复合物体系光电子转移可能的模型。     

镁掺杂氧化铁膜电极光电流响应波形分析

在制得光响应较强且较稳定的镁掺杂氧化铁膜电极的基础上，用锁定放大器测定总光电流Ｉ＾ｓｐｈ及用直流电表测定稳态光电流Ｉ＾Ｒｐｈ，研究了镁掺杂氧化铁膜电极的光电流相应波形，提出了物理意义明确的数学表达式及光电化学过程等效电路。     

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。     

聚耐尔蓝/氧化石墨烯光电极对NADH的光致电化学响应

在氧化石墨烯修饰的ITO电极上,通过电聚合光敏材料耐尔蓝,构建了具有电子受体功能的光电极.该光电极能与电子供体NADH(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)产生光致电化学反应,通过测量反应产生的光电流实现了对NADH的检测.探讨了光致电化学响应机理,研究了氧化石墨烯固定量和耐尔蓝初始浓度对光电极性能的影响.在优化了电解质溶液pH和偏压的测试条件下,该光电极对NADH的响应范围为0.01~80.0μmol/L,检出限为7.0nmol/L,相对标准偏差小于2.73%.该光电极的制备和对NADH的检测不需要除氧,有经济、简便等优点.     

基于标准CMOS工艺的光电浮栅突触研究

作为神经形态视觉感知系统的基本单元，光电突触需实现光敏和突触双重功能．本文基于TSMC180 nm标准CMOS工艺提出了一种由两个PMOS晶体管构建的光电浮栅突触结构，并利用浮栅电压表征突触权重．其中，一个PMOS管工作在光电混合模式，在光信号和电信号的刺激下，突触的浮栅电压分别呈现增加和降低特性，以此实现突触的兴奋性和抑制性功能；另一个PMOS管工作在隧穿模式，并通过Fowler-Nordheim(FN)隧穿机制修正突触权重．基于光电浮栅突触的电路模型，设计了用于像素识别的单元电路，搭建了3×3的像素阵列，并分析了无噪声和有噪声两种情形下的二值图像“+”识别．仿真结果表明，在基础光强为0 mW/cm~2和75 mW/cm~2的无噪情形和引入0.5 m W/cm~2噪声的有噪情形下，所设计的光电浮栅突触均可实现二值图像识别，并具有一定的抗噪声能力．     

异质结光晶体管(HPT)的设计

随着数字技术的发展,光探测、光存储、光信息的检测和处理都要求有较高性能的探测器。异质结光晶体管(HPT)作为一种光电探测器件,拥有较多优点。在对比当前应用的各种光敏二极管和传统的光晶体管的基础上,提出了异质结光晶体管的设计思路及具体实现方法。     

原位钼修饰TiO_2/BiVO_4异质结薄膜的制备及其光电化学性能

针对TiO_2可见光响应能力不足、BiVO_4光生电子空穴分离能力弱的问题,制备了一种基于钼原位掺杂BiVO_4修饰TiO_2纳米管的高性能Mo-BiVO_4/TiO_2异质结光阳极.实验结果表明,钼掺杂后异质结电极材料的吸收带边约510nm,光电流密度在1.23Vvs.RHE偏压下达到1.48mA/cm2,与未掺杂钼的TiO_2/BiVO_4光电极相比,Mo-BiVO_4/TiO_2光阳极的光电转化效率提高了近50%,光电流密度提高了近2.5倍,光转化效率在0.95Vvs.RHE偏压下提高了2倍,且电极的稳定性较好.     

石墨烯场效应晶体管电子识别葡萄糖

以铜箔为衬底,采用化学气相沉积的方法制备大面积单层石墨烯薄膜并制备相应的石墨烯场效应晶体管,过氧化氢电子识别研究表明,石墨烯场效应晶体管的电性能对由过氧化氢产生的外来干扰非常灵敏。利用末端带有吡啶环功能基团的葡萄糖氧化酶对石墨烯场效应晶体管进行表面改性后,葡萄糖电子识别结果表明其器件对葡萄糖有非常灵敏的电子识别性能,其检测下限小于0.1 mM,且具有生物传感器响应快、稳定性好的特点。     

基于石墨烯的光调制器研究进展

首先介绍了石墨烯的光电特性及光调制机理,在此基础上结合石墨烯在光调制器中的研究及应用,综述了国内外基于石墨烯的光调制器研究进展,重点叙述了条形波导结构、M-Z结构、环形腔结构以及一些其它结构光调制器的工作原理及各器件的特性。     

W掺杂和电化学表面处理制备高光电化学性能的BiVO_4光阳极（英文）

通过滴涂的方法合成了W掺杂BiVO4光阳极.通过XRD、紫外—可见吸收光谱、扫描电镜(SEM)对BiVO4光阳极进行表征,并对BiVO4光阳极进行了光电化学表征.为了提高W掺杂BiVO4光阳极的光电性能,对W掺杂BiVO4光阳极的制备条件进行了优化.光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高W掺杂BiVO4光阳极的光电化学性能.说明W掺杂和电化学表面处理可以增加BiVO4光阳极光电流.并进行了BiVO4光阳极光电流增加的机理分析.     

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。     

表面态对TiO2纳米晶薄膜光电流的影响

研究TiO2纳米晶薄膜电极的光电化学特性.通过测定阳极光电流-时间瞬态光电流响应,分析纳米晶薄膜/溶液界面的光生电荷转移的动力学规律.光照后的慢电流响应与TiO2纳米材料的表面态有关.导带电子向深能级表面态的传递是造成慢电流响应的原因.