【摘要】：氧化鋅(ZnO),Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶(3.37eV)半導(dǎo)體材料,六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)(晶格常數(shù)a,c分別為0.3249 nm,0.5206 nm),激子束縛能60 meV,比GaN和ZnSe的激子束縛能都高的多。在室溫下,ZnO材料的光電器件也能實(shí)現(xiàn)高效的激子復(fù)合發(fā)光,因此,ZnO被認(rèn)為是藍(lán)-紫外區(qū)域中很有前途的光子材料;ZnO原材料來(lái)源渠道多,價(jià)格適宜,沒(méi)有毒沒(méi)有污染,ZnO比其他寬禁帶材料的抗輻射能力都好得多;它生長(zhǎng)溫度很低,不經(jīng)過(guò)高溫相應(yīng)的缺陷也就少很多;此外,ZnO有量子約束特性,它會(huì)展現(xiàn)出比體材料更優(yōu)越的光電特性。在短波長(zhǎng)光電器件領(lǐng)域,人們都將ZnO材料看做是第三代半導(dǎo)體材料,其發(fā)展?jié)摿ι踔帘徽J(rèn)為超過(guò)了GaN。石墨烯被學(xué)術(shù)界視為新一代的半導(dǎo)體材料,因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)很獨(dú)特。與其它碳材料相比,石墨烯比表面積很大,結(jié)構(gòu)獨(dú)特,致使它擁有很好的力、熱、電、磁學(xué)性能。它在光電器件、復(fù)合材料、傳感器以及存儲(chǔ)器這些地方具有很高的研究?jī)r(jià)值。在光電領(lǐng)域,石墨烯室溫下電子遷移率達(dá)到2×10~5cm~2/(Vs),比碳納米管或硅晶體高,甚至超過(guò)了大部分金屬。石墨烯是一種極其有前景的透明導(dǎo)電半導(dǎo)體材料,吸光率僅2%,因而它可作為光探測(cè)器、太陽(yáng)能電池的透明電極。PVK,中文名N-乙烯基咔唑,分子式C_(14)H_(11)N,分子量193.25。PVK是有利于空穴傳輸?shù)挠袡C(jī)半導(dǎo)體聚合物,其空穴傳輸性能在眾多有機(jī)聚合物中最為優(yōu)良。PVK的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)和最低未占用的分子軌道(LUMO)能量分別為-5.8eV和-2.3 eV。PVK電性能良好,其光電導(dǎo)性能使得其可充當(dāng)全息照相的感光材料。PVK具有強(qiáng)烈的藍(lán)色發(fā)射激發(fā)態(tài)單峰,峰值約為420nm。PVK已被廣泛用作電子和光學(xué)材料。本論文主要包含兩大模塊來(lái)進(jìn)行,第一模塊是ZnO-rGO(氧化鋅-還原氧化石墨烯)紫外光電探測(cè)器和ZnO紫外光電探測(cè)器構(gòu)造的內(nèi)容,第二模塊是ZnO-PVK異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器原型構(gòu)造的內(nèi)容。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:第一模塊主要構(gòu)造了ZnO-rGO紫外光電探測(cè)器和ZnO紫外光電探測(cè)器。難點(diǎn)在于:一是查閱大量的文獻(xiàn),并與實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前情況相結(jié)合,從而確定實(shí)驗(yàn)方案;二是ZnO-rGO復(fù)合材料的制備過(guò)程;三是ZnO-rGO紫外光電探測(cè)器和ZnO紫外光電探測(cè)器兩種原型器件如何構(gòu)造的問(wèn)題。這一模塊成功制備出來(lái)了ZnO-rGO復(fù)合材料并構(gòu)造ZnO-rGO紫外光電探測(cè)器和ZnO紫外光電探測(cè)器。通過(guò)IV表征,發(fā)現(xiàn)ZnO-rGO光電探測(cè)器的光電流和光暗電流比遠(yuǎn)大于ZnO光電探測(cè)器的光電流和光暗電流比。然后使用XRD,拉曼,PL光譜,透射光譜和光電流測(cè)試來(lái)詳細(xì)研究了這種機(jī)制,結(jié)果表明ZnO-rGO紫外光電探測(cè)器更大的光電流源于載流子壽命較長(zhǎng)和載流子重組系數(shù)較小。這一模塊的研究為制備構(gòu)造高速光響應(yīng)UV光電探測(cè)器提供了一種潛在的方法。第二模塊主要將n型ZnO半導(dǎo)體材料與有利于空穴傳輸?shù)挠袡C(jī)半導(dǎo)體聚合物PVK進(jìn)行結(jié)合,想要構(gòu)造出ZnO-PVK異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器原型來(lái)。而ZnO-PVK異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器原型的構(gòu)造就是要突破兩個(gè)難點(diǎn):一是制備出來(lái)導(dǎo)電性很好的一維ZnO納米棒陣列;二是成功構(gòu)造出ZnO-PVK異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),并可以測(cè)試出良好的整流曲線。這一模塊工作主要分為ZnO-PVK復(fù)合材料的制備和ZnO-PVK異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與表征兩個(gè)方面來(lái)開(kāi)展。這一模塊的難點(diǎn)在于ZnO-PVK異質(zhì)結(jié)要成功構(gòu)造并可以測(cè)出很好的整流曲線來(lái)。這個(gè)課題一直都是在嘗試著開(kāi)展,通過(guò)IV曲線可以發(fā)現(xiàn):ZnO-PVK異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的光照電流均大于黑暗電流,這說(shuō)明異質(zhì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了一定的探測(cè)效果。但是始終沒(méi)有得到過(guò)整流曲線,這是因?yàn)闃?gòu)造的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)雖然有了一定的探測(cè)效果,但是還沒(méi)形成有效勢(shì)壘的緣故。對(duì)比復(fù)合薄膜材料和純ZnO薄膜材料的吸收曲線可以發(fā)現(xiàn),ZnO-PVK復(fù)合薄膜材料對(duì)紫外光的吸收強(qiáng)度更大。與ZnO薄膜相比,ZnO-PVK復(fù)合材料的PL譜的強(qiáng)度明顯有了降低。這說(shuō)明ZnO與PVK之間存在著有效的電荷轉(zhuǎn)移。總之,本論文成功構(gòu)造出來(lái)了ZnO-rGO紫外光電探測(cè)器和ZnO紫外光電探測(cè)器,成功構(gòu)造出來(lái)了具有光探測(cè)效果的ZnO-PVK異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。這些研究為制備構(gòu)造高速光響應(yīng)UV光電探測(cè)器提供了一種潛在的方法,是極其有意義的。
【圖文】：

其器件的加工工藝相應(yīng)也比較成熟；ZnO 半導(dǎo)體米結(jié)構(gòu)，如：量子點(diǎn)、納米棒陣列、納米管等結(jié)構(gòu)；Zn會(huì)展示出比體材料更優(yōu)異的光電性能。因?yàn)?ZnO 半導(dǎo)體以它在光電領(lǐng)域的關(guān)注度和研究熱度是極高的。在短波發(fā)光二極管、紫外光電探測(cè)器以及激光器方面。因此，有前途的光電子器件材料。1996 年到現(xiàn)在，關(guān)于 ZnO 有褪去過(guò)。全世界科研界每一年都會(huì)發(fā)表大量的與 ZnO關(guān)于它的課題研究成果一直都是呈幾何數(shù)劇增的。對(duì)于展?jié)摿ι踔脸^(guò)了 GaN 的半導(dǎo)體材料[6]。述化鋅的晶體結(jié)構(gòu)

第一章 緒論文稱作 rocksalt[10]。ZnO 相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)型如圖 1.1 所示：在室溫下，ZnO 是六方對(duì)稱型構(gòu)型，對(duì)應(yīng) P63mc 空間群，具有纖鋅礦型的穩(wěn)定構(gòu)11]。如果壓強(qiáng)將近 10MPa 左右，它會(huì)形成鹽巖礦型晶體結(jié)構(gòu)；如果在立方結(jié)構(gòu)的襯生長(zhǎng)時(shí)，它會(huì)形成閃鋅礦型結(jié)構(gòu)。ZnO 是六方纖鋅礦構(gòu)型（晶格常數(shù) a，c 分別為.3249nm，0.5206nm）。由圖 1.3 觀察可知，Zn-O46-負(fù)離子配位四面體是由 Zn 原子與相鄰的 O 原子構(gòu)成的；相同的，O-Zn46+正離子配位四面體是由 O 原子與四周相鄰n 原子構(gòu)成的。另外，，ZnO 中的 O 原子以六方密堆垛構(gòu)型的單元格子排布，ZnO 中n 原子以六方密堆垛構(gòu)型的單元格子排布，它的原胞依照 ABABAB……來(lái)排列。具構(gòu)如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2599184