本文選題：紫外探測(cè)器 + ZnO納米棒陣列�。� 參考：《浙江大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：紫外探測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)新型軍民兩用技術(shù),在空間通訊、污染監(jiān)測(cè)、導(dǎo)彈羽焰探測(cè)以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的商用光電倍增管和硅基紫外探測(cè)器,基于第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的紫外探測(cè)器可避免使用復(fù)雜昂貴的濾光片,并且工作時(shí)無(wú)需冷卻即可實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外線的探測(cè),因此近來(lái)得到了人們的青睞。在眾多寬禁帶半導(dǎo)體材料中,一維氧化鋅(ZnO)納米材料具有物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐輻射、比表面積大、載流子遷移率高、制備方法簡(jiǎn)單以及環(huán)境友好等特點(diǎn),被認(rèn)為是理想的紫外探測(cè)材料之一。但一維ZnO納米材料中存在較多的表面態(tài)和缺陷,易形成各類陷阱中心,導(dǎo)致納米ZnO基紫外探測(cè)器性能較差,限制了其實(shí)際應(yīng)用。為了制備探測(cè)靈敏度高,響應(yīng)速度快的納米ZnO基紫外探測(cè)器,本文從材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面入手,優(yōu)化納米ZnO基紫外探測(cè)器的性能。一方面,采用水熱法,通過(guò)摻雜不同元素(Cu、Sb),制備了ZnO基納米棒(薄膜)陣列,并在此基礎(chǔ)上分別制備了Cu摻雜的ZnO納米薄膜紫外探測(cè)器和Sb摻雜的ZnO同質(zhì)結(jié)紫外探測(cè)器；另一方面,首次采用光化學(xué)沉積法制備了p-NiO/n-ZnO異質(zhì)結(jié)紫外探測(cè)器,并對(duì)材料的生長(zhǎng)機(jī)理及紫外探測(cè)器的性能做了深入研究。具體研究?jī)?nèi)容如下：1、采用水熱法和后續(xù)退火工藝制備了Cu摻雜ZnO納米薄膜基紫外探測(cè)器,研究了Cu摻雜對(duì)ZnO納米棒陣列的形貌以及紫外探測(cè)性能的影響,發(fā)現(xiàn)Cu摻入后,ZnO納米棒的長(zhǎng)徑比明顯降低,且隨著摻雜濃度的增加,出現(xiàn)了從納米棒逐漸向薄膜轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)；與未摻雜的ZnO納米棒陣列比較,Cu摻入后,紫外探測(cè)性能明顯提高,這主要?dú)w因于摻入Cu引起的相關(guān)復(fù)合缺陷對(duì)電子的捕獲和去捕獲作用。2、通過(guò)低溫水熱工藝制備了Sb摻雜的p型ZnO納米棒陣列,并在FTO襯底上制備了p-Sb:ZnO/n-ZnO同質(zhì)結(jié)納米棒陣列紫外探測(cè)器。采用X射線光電子能譜和二次離子質(zhì)譜分析法證明了Sb的存在,電流-電壓曲線顯示出明顯的整流特性,且制備的同質(zhì)p-n結(jié)納米棒陣列紫外探測(cè)器具有高達(dá)3300%的探測(cè)靈敏度和較快的響應(yīng)速度。3、在上述工作的基礎(chǔ)上,首次采用光化學(xué)沉積法制備了蜂窩狀的p-NiO/n-ZnO異質(zhì)結(jié)紫外探測(cè)器,通過(guò)改變生長(zhǎng)條件調(diào)控形貌和器件的性能。研究現(xiàn),蜂窩狀NiO納米結(jié)構(gòu)的形成與光化學(xué)沉積過(guò)程中ZnO納米棒陣列附近產(chǎn)生的OH-離子有關(guān)。制備的p-NiO/n-ZnO異質(zhì)結(jié)具有明顯的整流特性,開(kāi)啟電壓只有0.66 V,在365 nm紫外光照射下具有較高的靈敏度和較快的響應(yīng)速度,明顯優(yōu)于ZnO納米棒陣列紫外探測(cè)器。NiO蜂窩狀的特殊形貌以及NiO和ZnO界面處形成的空間電荷區(qū)兩者共同作用,提高了探測(cè)器的性能。
[Abstract]:Ultraviolet detection technology is a new dual-use technology, which is widely used in space communication, pollution monitoring, missile plume detection and biomedicine. Compared with traditional commercial photomultiplier tubes and silicon based UV detectors, ultraviolet detectors based on the third generation wide band gap semiconductor materials can avoid the use of complex and expensive filters, and can detect ultraviolet rays without cooling. As a result, people have recently been in favor of it. Among the wide band gap semiconductor materials, one-dimensional zinc oxide (ZnO) nanomaterials are characterized by stable physical and chemical properties, strong radiation resistance, large specific surface area, high carrier mobility, simple preparation methods and environmentally friendly preparation. It is considered to be one of the ideal ultraviolet detection materials. However, there are many surface states and defects in one-dimensional ZnO nanomaterials, which are easy to form various trap centers, which leads to the poor performance of nano-ZnO based UV detectors, which limits their practical application. In order to prepare nanocrystalline ZnO based UV detectors with high detection sensitivity and high response speed, the performance of nanocrystalline ZnO based UV detectors was optimized from two aspects: material design and structure design. On the one hand, ZnO nanorods (thin film) arrays were prepared by hydrothermal method, and Cu-based nanorods (thin film) arrays were prepared by doping different elements, and Cu-doped ZnO thin film UV detectors and SB doped ZnO homojunction UV detectors were prepared respectively. On the other hand, p-NiO / n-ZnO heterojunction UV detectors were prepared by photochemical deposition for the first time. The specific research contents are as follows: 1. Cu-doped ZnO nanocrystalline UV detectors were prepared by hydrothermal method and subsequent annealing process. The effects of Cu doping on the morphology and UV detection properties of ZnO nanorod arrays were studied. It was found that the aspect ratio of ZnO nanorods decreased obviously with Cu doping, and with the increase of doping concentration, the nanorods changed from nanorods to thin films, and the UV detection performance of ZnO nanorods doped with Cu was improved compared with that of undoped ZnO nanorod arrays. This is mainly due to the electron capture and detrapping effect of the related composite defects caused by Cu doping. Sb-doped p-type ZnO nanorod arrays were prepared by hydrothermal process at low temperature. The p-Sb: ZnO / n-ZnO nanorods array UV detectors were fabricated on FTO substrates. The existence of SB was proved by X-ray photoelectron spectroscopy and secondary ion mass spectrometry, and the current-voltage curve showed obvious rectifying characteristics. The homogenous p-n junction nanorod array UV detector has a high detection sensitivity of 3300% and a fast response rate of .3.Based on the above work, the honeycomb p-NiO / n-ZnO heterojunction UV detector was prepared by photochemical deposition for the first time. The morphology and the performance of the device were controlled by changing the growth conditions. The formation of honeycomb nio nanostructures is related to the OH- ions produced near ZnO nanorod arrays during photochemical deposition. The p-NiO / n-ZnO heterojunction has the characteristic of rectifying, the switching voltage is only 0.66 V, and it has higher sensitivity and faster response speed under 365 nm UV irradiation. It is better than ZnO nanorod array UV detector. Nio honeycomb shape and the space charge region formed at the interface between nio and ZnO. The performance of the detector is improved.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN23

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本文編號(hào)：2020269