论文部分内容阅读
侧向光伏效应是光伏效应的一种,在近年来受到广大科学研究人员的关注,其在光电探测和位置传感器方面有着极佳的应用前景,因此对侧向光伏性质的来源和影响因素的研究是很有必要的,有很重要的实用性和科学性。过渡金属硫族化合物具有众多优良的性质,其中硒化物半导体材料在结构上是二维层状结构,具有优良的光电特性。我们选取其Si基硒化物异质结作为侧向光伏性质的研究的材料对象,采用激光脉冲沉积方法生长薄膜,研究其薄膜在硅衬底上形成的结构及其侧向光伏性质,探索其影响因素。主要研究内容结果如下:首先,我们采用激光脉冲沉积(PLD)的方法在Si基片上生长SnSe薄膜。对其结构和元素分析表明我们成功生长出了高质量的SnSe薄膜。纵向I-V测试表明了该异质结结构的单向导通性和内建电场的形成,这有利于光生载流子的纵向分离。在SnSe薄膜表面我们获得了350 mV/mm的位置灵敏度和25μs的光伏恢复时间。并且我们通过改变电路电阻还可以得到为2μs的极快的光伏恢复时间。不同厚度薄膜的异质结的侧向光伏随激光波长和功率的变化情况表明侧向光伏主要来源于异质结的光电效应而不是热效应。在SnSe薄膜表面测试的非线性I-V曲线表明在SnSe和p-Si界面间形成了具有高迁移率的反型层,这有利于光生载流子沿着SnSe薄膜表面进行横向扩散,从而使SnSe/Si异质结具有超快的光电恢复响应。其次,我们采用激光脉冲沉积(PLD)的方法在Si基片上生长N型的MoSe2薄膜。XRD表明薄膜具有外延结构,纵向I-V测试表明了异质结的单向导通性和内建电场的形成,这有利于光生载流子的纵向分离。在MoSe2薄膜表面获得450 mV/mm的位置灵敏度和45μs的光伏恢复响应,通过改变电路外接电阻我们获得了为2.5μs的超快时间响应。不同厚度异质结的侧向光伏随激光波长和功率的变化情况表明侧向光伏主要来源于异质结的光电效应。在MoSe2薄膜表面测试的非线性I-V表明在MoSe2与Si界面间形成了具有高迁移率的反型层这有利于光生载流子沿着MoSe2薄膜表面进行横向扩散,从而使MoSe2/Si异质结具有超快的光电恢复响应。N型半导体的MoSe2与Si构成的异质结具有比SnSe/Si异质结更高的侧向光伏效应,但二者的光电恢复响应时间基本相同,这进一步验证了薄膜与Si基片间形成的反型层对侧向光伏效应的超快时间响应起到了决定性的作用。最后,采用激光脉冲沉积(PLD)的方法在Si基片上生长了N型半导体材料WSe2薄膜。对其XRD测试数据表明薄膜具有外延结构。纵向I-V测试结果表明WSe2与Si基片构成的异质结具有单向导通性和内建电场的形成,这有利于光生载流子的纵向分离。在WSe2薄膜表面我们获得了200 mV/mm的位置敏感度和0.6μs的超快时间响应,并且改变电路外接电阻其基本不变。对不同厚度的异质结的侧向光伏随激光波长测试表明在本结构中侧向光伏主要来源于异质结的光电效应。在WSe2薄膜表面测试的I-V曲线表明WSe2与Si界面间反型层结构不起作用。由于WSe2材料本身具有高达705 cm2·V-1·s-1的电子迁移率,较前两种材料高很多所以其本身就十分有利于光生载流子的扩散,从而有极快的光电恢复响应。N型半导体WSe2与Si构成的异质结结构具有比SnSe/Si和MoSe2/Si结构更快的光电恢复响应,这是由于其本身的高电子迁移率使得光生电子不再由反型层进行迁移,这也表明了改用高载流子迁移率的材料构成异质结可以产生超快的时间响应。