一维ZnO/二维MoS2范德华异质结光电探测器的研究

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光电探测器(PDs)作为应用在军事、科研工作以及国民生活中不可或缺的器件有着重要的作用。作为衡量PD的条件,要求其响应度要高、响应和恢复时间要短、探测范围广和成本低等特点。ZnO纳米线(NWs)和二维(2D)MoS2薄片由于其本身独特的光学特性以及高的载流子迁移率,并且有着廉价的制造成本,使得ZnO NWs和2D MoS2在光电探测方面有着诸多应用。但是由于单种材料自身的不足,例如ZnO NWs和2D MoS2在响应时间上由于空气吸附的存在,其恢复时间较长,制约了这两种材料的进一步发展。故此,近些年,提升ZnO和MoS2基PD光吸收效率以及响应速度已成为科研热点。本文围绕ZnO NWs的制备,ZnO和MoS2异质结的构建和在紫外-可见光部分器件性能的测试及提高来开展研究工作,主要结果如下:1.通过化学气相沉积(CVD)和机械剥离的方式分别制备出ZnO NWs和2D MoS2薄片,并通过扫描电子显微镜(SEM)、透射式电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱(Raman)系统等表征手段,对其形貌、结构及光学部分性能测试。结果显示ZnO NWs晶体结构纯净无杂质、MoS2层数可观。2.采用简单的旋涂方法成功构建两种2D n-type MoS2/1D-ZnO和2D p-type MoS2/1D-ZnO紫外可见光电探测器。结果表明,采用这两种材料复合所得到的异质结结构光电探测器不仅拓宽了光谱响应,还进一步提高了器件的光响应,加快了ZnO和MoS2的响应和恢复速度。3.在所制备的异质结上成功的修饰上纳米Au颗粒,通过局域表面等离子体增强(LSPR),提高了原有器件的响应度和探测速度及恢复时间。该修饰后的器件比修饰之前响应度(R)和外量子效率(EQE)在532 nm光的照射下皆得到巨幅提高,约为之前的9.3倍,比探测率(D*)提高了15.2倍,器件速度从原来的紫外部分trise/tdecay=0.55/19.4s提升至trise/tdecay=0.37/5.4 s,可见光部分从原来的trise/tdecay=1.8/6.3 s提升至trise/tdecay=0.25/1.6s。
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