利用甲氨鉛氯（CH₃NH₃PbCl₃）鈣鈦礦薄膜直接包覆在垂直二氧化鈦納米棒（TiO₂NRs）陣列上的方法,研制了一種靈敏的紫外光電探測器。光響應(yīng)分析表明,所制備的TiO₂NRs陣列/CH₃NH₃PbCl₃鈣鈦礦核殼異質(zhì)結(jié)對紫外輻射非常敏感,峰值靈敏度在365nm左右,但對波長大于400nm的光照幾乎不敏感。在365nm的光照以及2V的偏壓下,其響應(yīng)度和比探測率分別為～50mA/W和～5.39×10¹⁰ Jones。此外,該器件表現(xiàn)出良好的環(huán)境穩(wěn)定性。根據(jù)我們的理論模擬,相對較好的器件性能與核殼異質(zhì)結(jié)陣列獨特的幾何結(jié)構(gòu)的顯著地光限制效應(yīng)有關(guān)。結(jié)果表明,基于TiO₂NRs陣列/CH₃NH₃PbCl₃鈣鈦礦核殼異質(zhì)結(jié)的紫外光電探測器在未來的紫外光電系統(tǒng)中有著潛在的應(yīng)用前景。 

【文章來源】：電子測試. 2020,(15)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

制備TiO2NRs陣列/鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)光電探測器的工藝流程

為了確定CH3NH3PbCl3涂層后TiO2NRS陣列的幾何形狀，記錄了單個納米棒的高分辨率FESEM，如圖3(a)所示。顯然，納米棒完全被連續(xù)的鈣鈦礦層包裹，實現(xiàn)了典型的核殼幾何形狀的形成。鈣鈦礦殼層的厚度為30-40nm。圖3(b)CH3NH3PbCl3鈣鈦礦薄膜大部分衍射峰的位置都和其他文獻報道的CH3NH3PbCl3的鈣鈦礦薄膜一致[2]。圖4顯示了TiO2NRs陣列/鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)、純TiO2NRs陣列和CH3NH3PbCl3鈣鈦礦薄膜的吸收光譜。顯然，與單一的TiO2NRs陣列和CH3NH3PbCl3相比，由于這兩種材料的協(xié)同效應(yīng)和后來討論的核殼幾何形狀的改善后的光限制效應(yīng)，異質(zhì)結(jié)構(gòu)在紫外區(qū)(<400nm)處的吸光度顯著增加。值得注意的是，這種提高紫外吸收能力的方法可以用于紫外光探測。

除了異質(zhì)結(jié)的內(nèi)置電場有助于分離光生載流子外，這種現(xiàn)象也可能與核殼異質(zhì)結(jié)陣列中增強的紫外光限制效應(yīng)有關(guān)[4]。我們采用基于時域有限差分(FDTD)方法建立程序并進行了數(shù)值模擬。圖7分別模擬了單個TiO2NRs/鈣鈦礦核-殼異質(zhì)結(jié)和單個TiO2NR電場密度分布。顯然，與單根的TiO2NR相比，核殼異質(zhì)結(jié)陣列內(nèi)觀察到電場密度較強，這意味著更多的入射紫外光子可以被限制在核殼異質(zhì)結(jié)陣列內(nèi)。這種發(fā)現(xiàn)是可以理解的，因為核殼異質(zhì)結(jié)陣列在相鄰單元之間有一個較窄的空間和一個單元的較大的表面面積，這兩者都有利于改善限光效應(yīng)，因為垂直納米結(jié)構(gòu)陣列中的這種效應(yīng)通常來自納米結(jié)構(gòu)外圍的多個內(nèi)反射[5]。目前異質(zhì)結(jié)光電探測器的良好器件性能也取決于它在環(huán)境條件下的良好重復性和長期穩(wěn)定性。圖8(a)顯示了隨操作周期數(shù)變化的光響應(yīng)。觀察到，即使經(jīng)過數(shù)千次的操作，光開關(guān)的功能也是可重復的。光電流的輕微波動可能是由于每個周期入射紫外光強度的變化所致。此外，如圖8(b)所示，該裝置在空氣中儲存2周后，在沒有任何封裝或保護的情況下，能保持其光響應(yīng)特性并且光電流只有～1%的下降。上述結(jié)果驗證了異質(zhì)結(jié)光電探測器的優(yōu)異重復性和良好的環(huán)境穩(wěn)定性，表明其在實際應(yīng)用中具有很大的潛力。


本文編號：3209412