摘要
石墨烯是一种具有光谱吸收范围宽、载流子迁移率高和响应速度快等优异性能的新型零带隙半金属二维材料，在电子信息、材料、微纳加工、能源、生物医学等领域具有重要的应用前景，被认为是未来革命性的材料。然而，石墨烯零带隙能带结构，使其光吸收能力相对较弱（在较宽波长范围内吸收率仅为2.3%），并且还存在增益机制小以及载流子复合速率较快等不足，从而限制了纯石墨烯在光电探测器方面的应用。而半导体量子点材料因具有吸收光谱范围宽，发射光谱窄且可调谐等独特的物理和化学性质，近年来受到人们的广泛关注。因此，基于石墨烯基半导体量子点复合异质结型光电探测器成为该领域的研究热点。本论文基于石墨烯与量子点复合制成石墨烯-量子点复合异质结光电探测器，可以将石墨烯高的载流子迁移率和量子点材料优异的光电性能相结合，延长了载流子寿命，提高了器件的增益，为制备具有宽光谱响应、高响应度和高灵敏度的光电探测器提供了研究思路。 本文首先以等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在SiO2/Si绝缘基底上直接生长大面积少层石墨烯薄膜，并利用拉曼光谱分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)以及紫外-可见光光度计(UV-Visspectrophotometer)等仪器设备分别对所制备的石墨烯的缺陷、表面形貌、透过率等进行性能测试和表征，优化了制备条件，获得了大面积、高透过率、高迁移率的少层石墨烯。进一步基于场效应晶体管结构，利用磁控溅射掩膜法在石墨烯薄膜上制备源、漏电极，获得沟道长度为30μm的石墨烯基光电探测器。 然后，使用Keithley4200A参数分析仪对石墨烯基光电探测器的光电性能进行测试。测试结果表明，石墨烯和电极之间形成了良好的欧姆接触；石墨烯具有双极性特征;器件在405nm、515nm、650nm波长光的照射下，都有明显的光响应，光响应度分别为283.3A·W-1、58.4A·W-1和41.7A·W-1，表明纯石墨烯光电探测器能够对可见光波段的光进行有效的探测。 最后，制备出硒化铅量子点（PbSe QDs）并对其进行了表征测试，测试结果表明量子点具有较好的分散性，粒径约为6.3nm。将量子点滴到纯石墨烯光电探测器的沟道中，自然晾干后即可获得石墨烯-硒化铅量子点复合异质结光电探测器。经过测试得出，复合异质结器件对280nm、405nm、515nm和650nm波长的光均有响应，表明异质结器件能够探测紫外至可见光波段范围的光，并且在405nm光的照射下响应度最大为700.8A·W-1，探测率为2.78×1011Jones。相较于纯石墨烯器件复合异质结器件具有光谱探测范围宽，暗电流小等优势。
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