摘要
随着在医疗监测和能量采集等领域的突出表现，柔性电子技术引起了人们的广泛关注。由于其柔软的特性，可运用在皮肤表面等，实现电子设备的可穿戴，为一些应用提供大量的新功能。可穿戴设备领域发展的一大趋势就是柔性光电传感器的使用。其中，基于GaSe/MoS2异质结的光电探测器可借助于其材料优异的光电特性和异质结的辅助，实现从可见光到近红外光的高性能探测。然而现有的基于GaSe/MoS2异质结的光电探测器大多基于刚性的基底，无法满足柔性可穿戴设备的发展趋势，大大降低了其应用范围。因此，本文提出了一种基于柔性基底的GaSe/MoS2异质结光电探测器。此外，为了进一步提升其光电性能，本文还探究了外加应变对该柔性光电器件的影响，为改善光电探测器性能提供了一条新道路。全文主要内容具体如下： 本文分别对基于ITO导电玻璃和柔性ITO-PI薄膜的二维材料光电探测器进行了研究，采用了机械剥离法及干法转移制备了GaSe/MoS2异质结并研究了其在刚性基底和柔性基底上的光电特性，通过光学显微镜、AFM、RAMAN光谱仪等设备对GaSe/MoS2异质结进行了形貌结构表征和光电性能的测试。研究结果表明，对于基于ITO导电玻璃的GaSe/MoS2二维材料光电探测器，在黑暗条件下的异质结具有良好的整流特性。将器件放置在450nm、520nm、635nm、808nm四种不同波长的激光下，结果得到了不同的光探测响应能力，其中在520nm处，器件的响应信号较强，响应度为169mA/W，比探测率为5.8×1010cmHz1/2/W。该基于ITO导电玻璃的器件对外加光照的上升时间和下降时间分别约400μs和600μs。对于基于ITO-PI薄膜的GaSe/MoS2二维材料光电探测器，可以成功实现对可见光及近红外光的探测且光电流会随着光功率的增强而线性增强。对于450nm波长的入射光，器件具有111mA/W的响应度和5.8×1010cmHz1/2/W的比探测率，同时响应上升时间和下降时间分别约为50ms和45ms。 此外，本文还研究了应变对柔性GaSe/MoS2异质结光电性能的影响，发现在拉伸应变下，随着应变程度变大，GaSe/MoS2异质结光电流会随之变大，相反在压缩应变下，随着应变程度变大，光电流会随之变小。在拉伸应变0.4的条件下，器件对520nm的光的响应度和比探测率均比在平面时增强了近100%。同时响应时间也会随着应变而变化，拉伸应变可以使响应时间变短，且应变程度越大，响应时间越短，而压缩应变会使响应时间变长，且应变程度越大，响应时间越长。这归因于GaSe和MoS2在受到应变的影响时，异质结中势垒高度和耗尽区宽度会相应改变。界面处耗尽区宽度的变化影响着光生载流子的分离和传输，从而影响了光电探测器的性能。具体而言，在受到拉伸应变时，GaSe/MoS2界面上靠近GaSe一侧的能带向上弯曲，靠近MoS2一侧的能带向下弯曲，增强了异质结的内建电场，拓宽了耗尽区宽度，使得电子空穴对分离效率更高，从而提高了光响应性能。在受到压缩应变时，GaSe/MoS2界面上靠近GaSe一侧的能带向下弯曲，靠近MoS2一侧的能带向上弯曲，降低了电子空穴对分离效率，减弱了器件的光响应性能。该研究结果为提升光电探测器对光的响应性能提供了一种新的思路。
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