【摘要】：銻、鉍基硫屬化合物是典型的窄帶隙半導體材料,基于尺寸效應其納米結構可顯示出與塊材明顯不同的性質。其中,b2S3、Bi2S3和Sb2Se3納米結構因其具有良好的光電性能,將在新一代光電子器件的構建和潛在應用中發(fā)揮重要作用。我們首次控制制備出厚度最低可達2.2nm厚的超薄Bi2S3納米片和直徑低于20nm的超細Sb2Se3納米線,并利用簡單滴涂方法將其組裝成高性能柔性光探測器。同時,還拓展了SbSI微米棒和Sb2Se3超長納米線的合成途徑,并首次研究了單根SbSI微米棒的光探測性能和Sb2Se3超長納米線的光熱響應性能,拓展了該類材料的性能和應用范圍。本論文的主要研究內容概括如下： 1.發(fā)展了一種新的溶劑熱合成方法第一次成功制備了厚度最低達2.2nm的超薄Bi2S3納米片。為了研究這種類似石墨烯的超薄納米片的光電特性,我們利用所制備的Bi2S3超薄納米片在柔性塑料薄片基底上利用簡單滴涂方法形成的片-片組裝結構,以Au做電極組裝了柔性光探測器。測試發(fā)現,該器件對405-780nm波段的光都有非常好的響應性能。通過計算,所組裝的Bi2S3超薄納米片光探測器的響應度可達4.4AW-1,探測率達1011Jones,并且具有非�？斓捻憫俣�,其光電流上升時間約20μs,下降時間為350μs。器件所表現的光探測性能優(yōu)于商業(yè)Si探測器和很多其它二維納米材料光探測器,另外一系列詳細的測試證明該器件具有非常好的機械穩(wěn)定性。進一步研究發(fā)現,Bi2S3超薄納米片超高的結晶度、特殊的器件結構和表面吸附作用是器件實現較高光探測性能的重要因素。 2.發(fā)展了一個簡單的以有機金屬源為反應前驅源的溶劑熱合成方法成功的制備了直徑為10-20nm長度達30μm的超細Sb2Se3納米線。以三苯基銻和二芐基二硒為前驅源,以油胺和PVP為表面活性劑,以無水乙醇為溶劑,通過調節(jié)反應溫度在200℃反應16h得到了超細Sb2Se3納米線。另外,我們利用所合成的超細Sb2Se3納米線首次以PET和普通打印紙為基底,以Cu/Au為電極組裝了Sb2Se3納米線柔性光探測器。測試表明,所組裝的柔性光探測器均具有卓越的光電響應性能和良好的機械穩(wěn)定性。Sb2Se3納米線柔性光探測器能很好地滿足柔性光電器件在實際應用中對低成本、可移動性和機械穩(wěn)定性的要求。 3.發(fā)展了一種快速、溫和的水熱合成方法,利用鹽酸調節(jié)溶液的酸度,在140℃反應4h成功地制備出SbSI微米棒狀晶體。該制備方法成本低、效率高,可適合SbSI晶體的大規(guī)模工業(yè)化生產。通過改變鹽酸濃度調節(jié)溶液酸度可控制制備出不同形貌和尺寸大小的SbSI晶體。同時,基于所合成的SbSI單根微米棒狀晶體,以Si02/Si為基底用ITO做電極首次組裝了SbSI光探測器。通過系列測試發(fā)現,該器件具有顯著的光電響應性能。其光電流和暗電流的比值可以高達727并且光電流的上升時間和下降時間都在0.3s之內。并且計算得到SbSI光探測器的探測能力(D*)和噪聲等效功率分別為2.3×108Jones1.7×10-10W/Hz1/2。 4.在油胺溶劑中,利用三苯基銻和二芐基二硒反應32h合成了超長Sb2Se3納米線。并對有機前體的反應機制和Sb2Se3納米線的生長過程以及各相異生長特征做了詳細的研究。研究發(fā)現,Sb2Se3固有的原子結構特征是形成其納米線形貌的主要原因,但油胺溶劑在納米線直徑的控制方面起著不可忽視的作用。在油胺溶劑中,Sb2Se3納米線長度隨反應時間的增加而增長,在這個過程中納米線的直徑幾乎沒有改變。對其光電性能的測試,證明超長Sb2Se3納米線光探測器具有優(yōu)越的光響應性能,響應時間達到了0.14s。另外,我們首次對Sb2Se3納米線的光熱響應進行了研究。發(fā)現,Sb2Se3納米線在320-390nm和400-450nm光下均具有明顯的光熱響應而且相同質量的Sb2Se3納米線的光熱響應比其塊材高出兩倍多。
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【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

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1 陳棟梁;吳自玉;韋世強;;孤立分散在SiO_2基質中的半導體InSb納米顆粒界面效應的MS-XANES研究[J];高能物理與核物理;2006年05期

2 張艷華;徐桂英;郭志敏;韓菲;王澤;葛昌純;;水熱合成Sb_2Se_3納米線及其對Bi_2Te_3納米粉末熱電性能的影響[J];無機材料學報;2010年06期

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本文編號：2332780