亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        黑磷-二硫化鉬異質(zhì)結(jié)光電流特性的研究

        2019-12-23 10:55:34王瀟雅葛飛洋南海燕肖少慶
        人工晶體學(xué)報(bào) 2019年11期
        關(guān)鍵詞:黑磷光電流異質(zhì)

        王瀟雅,葛飛洋,南海燕,肖少慶

        (江南大學(xué)電子工程系,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用教育部工程研究中心,無錫 214122)

        1 引 言

        鑒于此,本文利用機(jī)械剝離法制備了多層的n型MoS2和p型BP,利用干法轉(zhuǎn)移構(gòu)筑垂直異質(zhì)結(jié),通過轉(zhuǎn)移電極的方法制備成器件,研究了該器件在不同波長激光下的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)其在近紅外區(qū)域有著較明顯的響應(yīng)。同時(shí)由于MoS2的包裹保護(hù),極大地提高了BP的穩(wěn)定性,研究發(fā)現(xiàn)在空氣中可以保持兩個(gè)月之久。該方法都是基于厚層樣品進(jìn)行研究,易于剝離,樣品尺寸較大,厚度均勻,方便點(diǎn)對(duì)點(diǎn)轉(zhuǎn)移制備異質(zhì)結(jié)。借此研究探索異質(zhì)結(jié)的優(yōu)良性能,以提高異質(zhì)結(jié)探測器的應(yīng)用。

        2 實(shí) 驗(yàn)

        2.1 異質(zhì)結(jié)制備與表征

        黑磷樣品從大塊晶體上通過膠帶對(duì)撕法,機(jī)械剝離到300 nm SiO2的硅襯底上;MoS2樣品從塊狀晶體上通過藍(lán)膠對(duì)撕,剝離到PDMS柔性透明襯底上。在萊卡DM2700光學(xué)顯微鏡下,使用自制的三維轉(zhuǎn)移平臺(tái),將目標(biāo)樣品點(diǎn)對(duì)點(diǎn)貼合在一起,制備出MoS2-BP垂直異質(zhì)結(jié),具體步驟為:首先將貼有BP樣品的SiO2/Si襯底粘貼在顯微鏡的載物臺(tái)上,聚焦目標(biāo)區(qū)域;接著將載物臺(tái)降到最低(為MoS2樣品的聚焦留足空間);然后將貼有MoS2樣品的PDMS襯底貼于懸臂上載玻片的下表面(樣品面朝下),調(diào)整三維轉(zhuǎn)移臺(tái)的x、y、z軸,聚焦MoS2樣品;最后,緩慢升起載物臺(tái),直到在目鏡中能看到硅片上的BP樣品,再微調(diào)載物臺(tái)使樣品中心在一條垂線上,旋轉(zhuǎn)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋使兩個(gè)樣品貼合。通過Renishaw LabRAM Inviamicro共焦拉曼光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行拉曼、熒光表征。

        2.2 器件制備與電學(xué)表征

        制備器件時(shí),先使用DZS-BRY450蒸鍍機(jī)熱蒸鍍80 nm的金電極,再通過探針轉(zhuǎn)移法,將電極轉(zhuǎn)移到二硫化鉬(異質(zhì)結(jié)中的上層)的兩端,分別作為源、漏電極。采用厚度約為300 nm的SiO2層作為介質(zhì)層,p摻雜的硅襯底作為背柵電極,制備場效應(yīng)晶體管。在大氣環(huán)境中,利用Keithley 2634B分析儀,在黑暗和光照條件下測試了MoS2-BP器件的光電性能。在樣品上分別照射532 nm、940 nm波長、2 Hz頻率的激光,激光器型號(hào)分別為RENISHAW RL 532C50和MDL III系列,通過調(diào)整激光器電流控制激光功率。在所有光電流測試中,激光通過50X物鏡(NA=0.5)聚焦到樣品上,光斑大小約1 μm,遠(yuǎn)小于器件溝道大小。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 黑磷和異質(zhì)結(jié)的拉曼熒光特性

        圖1 黑磷和二硫化鉬-黑磷異質(zhì)結(jié)的光學(xué)表征圖Fig.1 Optical characterization of BP and MoS2-BP heterojunction

        3.2 532 nm激光照射下異質(zhì)結(jié)的光電流特性

        為了研究異質(zhì)結(jié)的光電特性,在MoS2兩端轉(zhuǎn)移了80 nm金作為源、漏電極,具體方法在實(shí)驗(yàn)部分介紹。圖2(a)為MoS2-BP異質(zhì)結(jié)器件光學(xué)顯微鏡成像圖,圖中虛線圈出來的異質(zhì)結(jié)區(qū)域1、2、3,對(duì)應(yīng)MoS2下BP厚度依次變薄。圖2(b)是VDS=1 V時(shí),MoS2區(qū)域在暗場及不同功率的532 nm激光照射下的輸出特性曲線對(duì)比圖。電流與偏壓之間的非線性增長,說明轉(zhuǎn)移的電極與MoS2樣品之間存在肖特基勢(shì)壘。激光照射下電流比暗場電流大,電流大小與入射激光功率呈正相關(guān),表明在激光照射下有光電流的產(chǎn)生。即當(dāng)入射光子能量大于材料的帶隙,價(jià)帶上電子躍遷到導(dǎo)帶,形成電子-空穴對(duì),電子和空穴分別在導(dǎo)帶、價(jià)帶作為載流子,形成光生載流子[21-22]。入射功率越強(qiáng),光電流越大。說明光功率越高,產(chǎn)生的光生載流子越多,在外加偏壓的驅(qū)動(dòng)下,光電流就越大。這種現(xiàn)象在圖2(d)中展示的更明顯,圖2(d)為異質(zhì)結(jié)區(qū)域3在99.5 μW、185.2 μW、1095 μW、2100 μW等不同入射激光功率照射下的光電流對(duì)比圖。有激光照射時(shí),電流升高,無光照射時(shí),電流下降。功率從99.5 μW升高到2100 μW的過程中,光電流不斷增加。光電流隨入射功率變化圖如圖2(f),光電流隨光功率呈線性增長。光電流是圖2(d)中電流最大值減電流最小值,即[23]

        Iph=Iill-Idark

        (1)

        衡量光探測能力的另一個(gè)指標(biāo)就是光響應(yīng)度,是光電流與有效吸收功率的比值[24]

        R=Iph/PS

        (2)

        式(2)中Iph為光電流,P為功率密度,S為吸光面積,本文中所使用的激光光斑遠(yuǎn)小于樣品面積,所以認(rèn)為激光功率全部被吸收,隨著激光功率的增加,響應(yīng)度逐漸變小,這屬于光電導(dǎo)器件的共同特點(diǎn),即隨著功率的增加,載流子復(fù)合加劇,響應(yīng)度降低[25]。

        接著研究了不同區(qū)域的光電流特性。MoS2、異質(zhì)結(jié)區(qū)域1、2、3,這四個(gè)不同區(qū)域在VDS=1 V,入射激光功率1.095 mW時(shí)的光電流對(duì)比圖如圖2(c)。不同區(qū)域的光電流變化趨勢(shì)展示在圖2(e)中,MoS2區(qū)域的光電流最大,當(dāng)激光照射在MoS2-BP異質(zhì)結(jié)上,MoS2中產(chǎn)生光生載流子的同時(shí),MoS2和BP構(gòu)成的p-n結(jié)也會(huì)有電子空穴對(duì)的擴(kuò)散,一定程度上阻礙光生載流子的運(yùn)動(dòng),最終導(dǎo)致異質(zhì)結(jié)區(qū)域1、2、3的光電流小于單純MoS2區(qū)域。對(duì)于不同異質(zhì)結(jié)區(qū)域,BP厚度越薄,光電流越大,表明BP對(duì)MoS2影響越小,BP與MoS2間的擴(kuò)散的電子空穴數(shù)量越少,即兩者之間相互作用越弱。

        圖2 532 nm激光下MoS2-BP異質(zhì)結(jié)器件光電流特性Fig.2 Photocurrent characteristics of MoS2-BP heterojunction device by 532 nm laser

        3.3 940 nm激光照射下異質(zhì)結(jié)的光電流特性

        BP樣品隨厚度變化帶隙也不斷變化(0.3~2 eV),所以其在紅外也有較高響應(yīng)。MoS2因其帶隙較大,在紅外響應(yīng)比較弱。因此將BP作為吸光層,940 nm激光照射下,研究了MoS2-BP異質(zhì)結(jié)的光響應(yīng)。圖3(a)中最上面的圖為單純硫化鉬的光響應(yīng),線型粗糙,電流不穩(wěn)定,上升時(shí)間τ=30 ms,下降時(shí)間τ=68 ms,響應(yīng)時(shí)間為電流上升(下降)10%到90%之間的時(shí)間[26]。這是因?yàn)榧す庹丈鋾r(shí),產(chǎn)生電子空穴對(duì),無光照瞬間,電子被陷阱束縛,無法復(fù)合,導(dǎo)致光電流下降沿時(shí)間比上升沿時(shí)間長。圖3(a)中間的圖是BP光電流圖,光電流可以快速達(dá)到穩(wěn)定飽和,響應(yīng)度較單純的MoS2高,上升時(shí)間和下降時(shí)間都約為40 ms。圖3(a)最下面圖為MoS2-BP異質(zhì)結(jié)區(qū)域1的光電流,光電流曲線較單純MoS2區(qū)域稍平滑,光響應(yīng)時(shí)間為38 ms,比單純MoS2、BP區(qū)域響應(yīng)時(shí)間都稍有提高,尤其比單純MoS2下降時(shí)間變快。說明由于黑磷的存在起到了提高異質(zhì)結(jié)紅外響應(yīng)的作用。然而可能由于二硫化鉬過厚,和黑磷的相互作用不是很強(qiáng),導(dǎo)致光響應(yīng)比較微弱,異質(zhì)結(jié)的特性體現(xiàn)的不是很明顯。BP在異質(zhì)結(jié)器件中的作用原理圖如圖3(b),上圖為單純BP器件在紅外的吸收示意圖,厚層黑磷帶隙較小,紅外光光子能量幾乎可以完全被吸收,箭頭代表光的方向;下圖為MoS2-BP異質(zhì)結(jié)器件在紅外的吸收示意圖,MoS2覆蓋在BP上,BP作為吸光層,增加了異質(zhì)結(jié)對(duì)光的吸收,但由于MoS2對(duì)近紅外光不吸收,所以異質(zhì)結(jié)區(qū)域的光電流較單純BP的弱。

        圖3 940 nm激光下MoS2-BP異質(zhì)結(jié)器件光電流特性Fig.3 Photocurrent characteristics of MoS2-BP heterojunction device by 940 nm laser

        3.4 黑磷和異質(zhì)結(jié)穩(wěn)定性研究

        如何提高黑磷在空氣中的穩(wěn)定性一直是黑磷器件要面臨的首要問題。將被MoS2覆蓋的黑磷樣品和裸露的黑磷樣品同時(shí)放在室溫20 ℃,濕度60%的房間內(nèi),每天監(jiān)測其光學(xué)變化。圖4(a)、(b)對(duì)應(yīng)裸露的BP樣品剛剝離的和兩周后的光學(xué)顯微鏡成像圖,剛剝離的樣品表面光滑整潔,無明顯缺陷,兩周后表面出現(xiàn)綠色氧化物,表明BP與水反應(yīng)生成磷酸,隨著時(shí)間推移,磷酸和水反應(yīng)生成PxOy磷氧化物,不僅影響光學(xué)特性更是降低電學(xué)特性[27]。圖4(c)、(d)對(duì)應(yīng)MoS2-BP異質(zhì)結(jié)樣品剛剝離的和兩個(gè)月后的光學(xué)顯微鏡成像圖,異質(zhì)結(jié)部分光滑無氣泡,說明了上層的 MoS2為BP與外界隔絕創(chuàng)造了良好條件。如預(yù)期一樣,兩個(gè)月后異質(zhì)結(jié)樣品光電性能也基本沒有變化。

        圖4 剛剝離的和兩周后的BP和兩月后的MoS2-BP異質(zhì)結(jié)光學(xué)顯微鏡成像圖Fig.4 Optical image of BP and MoS2-BP heterojunction after prepared and two weeks (months)

        4 結(jié) 論

        本文通過干法轉(zhuǎn)移制備了黑磷-二硫化鉬垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu),都采用厚層樣品進(jìn)行研究保證了器件制備的簡單高效。在該異質(zhì)結(jié)中,由于二硫化鉬層有效的阻止了周圍環(huán)境中的氧氣、水等雜質(zhì)對(duì)黑磷樣品的退化作用,使其在空氣中能夠穩(wěn)定兩個(gè)月之久。同時(shí)由于厚層黑磷的窄帶隙結(jié)構(gòu),極大地增加了異質(zhì)結(jié)在近紅外區(qū)域的吸收,相對(duì)單純的厚層硫化鉬器件,該異質(zhì)結(jié)器件在近紅外區(qū)域表現(xiàn)出較強(qiáng)的光響應(yīng)。該文中的厚層異質(zhì)結(jié)器件為實(shí)現(xiàn)二維硫?qū)倩衔镌诩t外區(qū)域的探測提供了新的方法與思路。

        猜你喜歡
        黑磷光電流異質(zhì)
        電化學(xué)剝離黑磷制備納米黑磷研究進(jìn)展
        基于第一性原理的摻雜單層WS2的光電效應(yīng)
        基于SOI 工藝的二極管瞬時(shí)劑量率效應(yīng)數(shù)值模擬*
        電子與封裝(2021年3期)2021-03-29 06:31:28
        塊狀和少層黑磷的合成
        黑磷的礦化法制備及其形成機(jī)制研究進(jìn)展
        缺陷和硫摻雜黑磷的第一性原理計(jì)算
        隨機(jī)與異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)共存的SIS傳染病模型的定性分析
        Ag2CO3/Ag2O異質(zhì)p-n結(jié)光催化劑的制備及其可見光光催化性能
        MoS2/ZnO異質(zhì)結(jié)的光電特性
        量子點(diǎn)紅外探測器的性能優(yōu)化
        一本一道波多野结衣av中文 | 久久99精品久久久久久噜噜| 国产精品成人观看视频| 国产香蕉尹人在线视频播放| 国产免费网站看v片元遮挡| 在线免费观看亚洲毛片| 亚洲人成精品久久熟女| 久久久亚洲欧洲日产国码二区| 思思久久96热在精品国产| 国产精品久久久久国产精品| 亚洲AV专区一专区二专区三| 一区二区三区精品亚洲视频| 青春草免费在线观看视频| 日韩精品一区二区午夜成人版| 99久久精品费精品国产一区二区 | 亚洲色偷偷偷综合网另类小说| 久久久亚洲免费视频网| 蜜臀性色av免费| 风韵饥渴少妇在线观看| 国产精品99久久久精品免费观看| 人妻少妇av中文字幕乱码免费| 久久麻传媒亚洲av国产| 精品久久久久香蕉网| 欧美日韩在线免费看| 91国产自拍视频在线| 人成综合视频在线播放| 草草浮力地址线路①屁屁影院| 动漫在线无码一区| av男人的天堂第三区| 久久国产精品亚洲va麻豆| 亚洲成a人片在线观看无码3d| 夜夜嗨av一区二区三区| 精品三级久久久久久久| 亚洲岛国一区二区三区| 国产乱码一区二区三区爽爽爽| 国产成人久久精品二区三区牛| 国产精品天干天干在线观蜜臀| 国产激情自拍在线视频| 农村欧美丰满熟妇xxxx| 亚洲AV无码成人精品区网页| 中文字幕亚洲中文第一|