【摘 要】
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随着人工智能、物联网的飞速发展,人机交互、人物交互信息技术得到推进。作为信息交互处理的核心元件,传感器可以将环境中的自然信号转换为电信号实现信息技术的采集与处理。传统的光电探测器因含有有害元素、工艺复杂、成本高、对坏境破坏性大等缺陷已经无法满足更精准、更快、更微小的探测要求。利用石墨烯超高的载流子迁移率、透光率、热导性等优势制备的新型光电探测器件有望解决以上问题,成为了未来新型光电探测器领域的研究
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随着人工智能、物联网的飞速发展,人机交互、人物交互信息技术得到推进。作为信息交互处理的核心元件,传感器可以将环境中的自然信号转换为电信号实现信息技术的采集与处理。传统的光电探测器因含有有害元素、工艺复杂、成本高、对坏境破坏性大等缺陷已经无法满足更精准、更快、更微小的探测要求。利用石墨烯超高的载流子迁移率、透光率、热导性等优势制备的新型光电探测器件有望解决以上问题,成为了未来新型光电探测器领域的研究热点。但石墨烯基光电探测器在探测性能上距离产业化还有很大提升空间。本文主要从异质结界面工程角度入手,研究引入高κ介质La2O3/Al2O3纳米层对石墨烯/Si光电探测器性能的改进。（1）石墨烯的制备与转移。通过CVD法在铜箔表面制备了石墨烯,针对传统腐蚀法和鼓泡法转移过程中破损及杂质残留等问题,选用二次旋涂PMMA的方法改善石墨烯的破损及增加改进的RCA清洗方式去除杂质残留。通过光学显微镜及拉曼光谱进行表征,结果表明改善转移工艺后的石墨烯为明显的单层结构且破损和缺陷较少。（2）高κ介质La2O3/Al2O3的制备与表征。针对石墨烯/Si异质结型光电探测器中暗电流过大的问题,设计了3种不同界面结构的La2O3/Al2O3高κ介质层充当界面层。椭偏仪测试结果表明ALD生长的界面层厚度约2nm,后通过AFM、XPS及光谱测试进行分析表征,结果表明使用臭氧为氧前驱体、氧化铝作为生长界面得到的界面层可以获得理想的粗糙度、化学组成、适宜的能带适配,结合CV及电导法测试结果表明,其界面态密度最小,是较理想的石墨烯/Si光电探测器介质层。（3）石墨烯/La2O3/Al2O3高κ介质/Si光电探测器的制备与表征。结合（1）和（2）,通过磁控溅射方式在La2O3/Al2O3高κ介质层/Si上得到绝缘层和金属电极,制备石墨烯/La2O3/Al2O3高κ介质/Si光电探测器。为对比分析,也制备石墨烯/Si光电探测器。测试结果表明引入高κ介质层后,器件肖特基势垒高度由0.642V增加至0.714V,有效阻止了载流子复合。在-1V偏压下器件暗电流由1.37×10-5A下降到2.78×10-6A;探测度增加一倍以上;响应度增加了51m A/W、量子效率提升12.2%,稳定性测试表明器件拥有良好的重复性和可靠性。因此,高κ界面层的引入对器件性能的提升有一定的促进作用。
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