利用界面调控制备二维有机半导体晶体及其机制研究

二维有机半导体晶体是利用分子间的范德瓦耳斯力进行自组装生长的单晶材料。本质上的单晶属性使其具备优异的电学特性。更重要的是,二维极限下增强的界面特性能够大幅调控器件行为,为构建多功能界面器件提供可能。此外,充分暴露的电荷输运沟道和极少的晶面内缺陷能够为研究本征的有机电子输运特性创造可能。目前,对于二维有机半导体晶体的生长工艺研究已经取得了较大的进展,但是从理论层面上研究二维晶体生长的自组装过程仍然十分匮乏。本工作利用添加剂辅助结晶技术成功制备出二维有机半导体晶体,并通过偏光显微镜和原子力显微镜对二维晶体进行了全面的表面形貌和结构表征。通过SEM结合EDS技术对关键的形核界面进行了结构和组成的表征以研究晶体生长的机制。研究结果表明:在添加剂界面上,生长材料能够稳定形核,并计算出添加剂构建的有利界面能够将形核势垒降低为SiO_(2)界面上的1/5。这项工作充分展现了生长界面对于晶体生长的关键作用,并从理论上揭示了界面的调控行为,为二维有机半导体晶体的生长工艺设计提供了可靠的思路。

高耐压和低暗计数SiC紫外雪崩光电二极管

碳化硅(SiC)雪崩光电二极管(APD)是一种独具优势的微弱紫外光探测器,其过偏压承受能力是确保器件可靠工作的一个重要因素。本工作设计并制备了穿通型SiC吸收层电荷控制层雪崩倍增层分离(SACM)APD。基于这种结构,器件电场从雪崩倍增层向吸收层扩展,从而减小了雪崩倍增层内电场强度变化率,最终将器件过偏压承受能力提高到10 V;得益于吸收层的分压,雪崩倍增层的电场强度得到有效降低,载流子隧穿可能性减小,这能够有效降低器件暗计数,从而有利于提高器件探测灵敏度;此外,设计的SiC SACM APD倾斜台面仅刻蚀到雪崩倍增层上表面,这能够让器件填充因子提高至约60%,显著改善了深刻蚀导致的传统SACM结构有效光敏区域减小的问题。

可见光盲SiC紫外雪崩光电二极管

SiC雪崩光电二极管(APD)是用于探测微弱紫外光的优选器件。通过研究器件在高压下的光响应行为,发现随着偏压的增加,器件响应峰值和截止波长始终稳定在280 nm和380 nm处,表明SiC APD在雪崩击穿状态下仍具有可见光盲特性。这说明SiC APD在进行微弱紫外光探测时,凭借材料本身性质便可屏蔽可见及红外光的影响,有利于降低器件复杂度和成本。另外,为了增大器件的感光面积,将SiC APD直径增大到500μm,器件在95%击穿电压下,暗电流仅为2×10^(-10)A,当暗计数为1 Hz/μm^(2)时,器件单光子探测效率为0.7%,实现了SiC APD尺寸上的突破。