摘要
石墨烯是一种具有吸收光谱宽、响应时间快等优点的新型二维光电材料。然而，相对较低的吸收截面、快速的复合速率以及缺乏增益机制，限制了纯石墨烯基光电晶体管的响应度(10-2A·W-1)。而金属卤化物钙钛矿材料作为一种新型的光收集材料，具有较大的吸收截面、较长的载流子扩散长度和优异的载流子传输特性得到了人们的广泛关注。为了改善单一石墨烯器件存在的问题，人们将石墨烯与钙钛矿量子点复合制备石墨烯/钙钛矿量子点光电器件。这种复合结构既改善石墨烯光吸收率低的问题，又充分利用了钙钛矿材料的载流子特性，为获得高响应率、宽光谱光探测提供了可靠的理论与实验依据。 本文首先通过等离子体增强化学气相沉积法在SiO2/Si绝缘衬底上制备了少层较大面积石墨烯薄膜，接着利用拉曼光谱和透过率分析对石墨烯的层数进行分析，然后通过SEM扫描电镜图对石墨烯的形貌和缺陷进行表征。在获得优良少层石墨烯的基础上，进一步利用磁控溅射和掩模法制备了基于大面积石墨烯的场效应晶体管。 其次，使用Keithley4200A半导体分析仪对石墨烯场效应晶体管进行了光电性能测试与分析。器件的输出特性曲线表明石墨烯与金属电极的接触面处形成了良好的欧姆接触，转移特性曲线表明石墨烯具有典型的双极性特性，符合本征石墨烯的双极型特征，双扫模式下的转移曲线表明石墨烯具有明显的滞回特性。进一步对器件在不同波长可见光波段激光光源照射下的光电转换特性进行了分析与讨论，结果表明器件在405nm、515nm、650nm激光光照下，均能有效的实现光电转换，在405nm光照下器件的性能最优，其响应率、光电导增益及探测率分别可达250A·W-1、3.9×1010、1.3×1011Jones。 最后，制备了钙钛矿量子点，对其性能进行了测试和表征，TEM透射电镜图表明本文制备的量子点尺寸在10nm左右，光致发光谱表明量子点材料的吸收波峰在518nm处。进一步在制备的石墨烯场效应晶体管器件基础上，通过旋涂法将钙钛矿量子点溶液覆于源、漏极沟道之间，获得了石墨烯-钙钛矿量子点光电探测器。通过测试分析，器件在405nm、515nm、650nm激光光照下，均能有效的实现光电转换，这证明复合器件在可见光波段具有明显的的光响应特性。在405nm波长，1.2μW光强的LD光照下，光电流最大可达0.852mA，响应率和探测率可达68A·W-1和9.6×1010Jones。
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