摘要
二维有机-无机混合钙钛矿材料因其具有高吸收系数、高光伏转换效率、高载流子迁移率和长的载流子寿命等优势，有望成为制备高性能半导体光电探测器的明星候选材料。例如CH3NH3PbI3(MAPbI3),在光电应用中发挥着巨大的潜力。然而，在有机-无机杂化钙钛矿半导体器件制备领域，还存在着一些问题。(1)由于有机-无机杂化钙钛矿材料易溶于水、酒精、丙酮等溶液的问题，导致传统的光刻的方法无法使用。因此，目前对于该材料半导体器件的制备，大多采用的是掩模版法和辅助保护光刻的办法，但是，对于掩模版法，目前制备出的器件质量差，不易控制，辅助保护光刻又无法直接测试钙钛矿本征光电性能。(2)目前对于二维有机-无机杂化钙钛矿材料光电探测器性能的优化采取的大部分策略是与传统二维材料，如石墨烯，过渡金属硫化物或者黑磷等复合形成异质结，由于两种材料之间物理和化学性质的不同，有可能会出现暗电流过高，噪声大等问题。因此，使用两种同类型钙钛矿形成异质结构，有望解决此问题。 针对上述问题，本文首先使用聚焦离子束微纳加工系统(FIB),提出了一种新的透明模板纳米制造(t-SL)技术。该技术显示出了最优100nm的加工精度,并且完全透明，可以轻松透过模板看到衬底上的目标材料;此外，该模板还显示出良好的可重复性，极大的节省了半导体器件的制备周期并提高了器件的质量。采用这种方法，本文成功地制造了沟道宽度为500nm的MAPbI3和BA2MAPb2I7光电探测器，实现了出色的光电性能。在1μW/cm2的弱激光照射下，MAPbI3和BA2MAPb2I7光电探测器的响应度分别为8.6A/W和4.2A/W,比探测率分别为1.8×1012Jones和2.2×1012Jones。 为了进一步提高光电探测器的性能，本文制备出二维MAPbI3/BA2MAPb2I7异质结光电探测器。在光功率密度为1μW/cm2的激光照射下，探测器的响应度达到了28.3A/W,比MAPbI3和BA2MAPb2I7器件分别高出5倍和9倍。此外，探测器的比探测率为1.5×1013Jones,比MAPbI3和BA2MAPb2I7器件高出一个数量级。这些发现展示了异质结光电探测器的卓越性能，并为钙钛矿光电探测器的制备提供了有价值的研究思路。 此外，本文还提出了一种新颖的hBN/Gr/1DCH3NH3PbI3混合范德华异质结光电探测器。本文的研究结果显示，混合范德华异质结实现了从纳米线到石墨烯电极的光生载流子的高效转移，从而显著提高了光电探测器的响应度和比探测率，分别为558A/W和2.3×1012Jones。此外，由于六方硼化氮(hBN)的封装，该器件在空气中展现了出色的稳定性，保持了超过两个月的性能。此外，本文还观察到了与极化相关的敏感光探测，这归因于器件几何形状的影响。这些结果为高性能和空气稳定的有机-无机混合钙钛矿纳米线电子/光子器件的开发提供了有效的解决方案。
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