【摘 要】
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近红外光电探测器在临床诊断、治疗设备等生物医学领域有着广泛的应用前景,新型二维过渡金属硫族化合物(2D TMDs)因其优异界面和光电特性,在近红外光电探测器的研究中受到广泛
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近红外光电探测器在临床诊断、治疗设备等生物医学领域有着广泛的应用前景,新型二维过渡金属硫族化合物(2D TMDs)因其优异界面和光电特性,在近红外光电探测器的研究中受到广泛关注。其中,具有高速、高探测率等优异光电特性的硅兼容的TMDs/Si 2D-3D异质结光电探测器拥有巨大的潜在应用价值。本文以构建高性能TMDs/Si 2D-3D异质结近红外光电探测器为研究目的,选取二维金属相硫化钨(1T-WS2)为研究对象,利用脉冲激光沉积(PLD)等方法构建了高性能1T-WS2/Si异质结窄带近红外光探测器。系统开展了高质量1T-WS2薄膜的制备和器件性能的研究,探索基于该窄带近红外光电探测器在脉搏检测中的应用。本文的主要研究内容及成果如下:(1)首次利用PLD方法,通过控制沉积温度、脉冲激光能量密度等工艺参数,可控合成了大面积WS2二维薄膜。XPS等材料表征表明合成的材料为1T-WS2,且具有高的晶体质量和高电导率。(2)通过PLD方法在硅衬底上原位制备1T-WS2,首次构建了1T-WS2/Si垂直异质结光电探测器。优化后器件的光电特性表征发现,异质结对800-1500nm窄带近红外波段具有优异的选择性响应,拓宽了硅基光探测器在近红外光响应范围,1550 nm光响应度可与商用的In Ga As光电探测器相媲美;零偏压下1064 nm光响应度高达0.8 A/W,响应速度达6.13μs。(3)基于光电容积脉搏波描记法(PPG)脉搏检测原理,搭建了由1T-WS2/Si异质结窄带近红外光电探测器、980 nm发光二极管和放大器构成的脉搏检测系统,实现了与商用的PPG可比拟的脉搏检测,且具有良好的抗环境光干扰性能。研究结果表明,异质结的构建方法为2D TMDs/Si异质结窄带近红外光电探测器等新型光电探测器的设计提供一定的实验依据与理论支持,高性能1T-WS2/Si异质结窄带近红外光探测器在PPG脉搏检测中具有潜在的应用前景,为新型纳米光电探测器在脉搏检测中的应用提供了新的路线。
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