【摘要】：膠體量子點具有獨特的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子限域效應(yīng)以及良好的溶液加工特性,是高性能、低成本半導(dǎo)體功能器件的熱點研究體系之一。硫化鉛(PbS)禁帶寬度為0.4 eV,激子波爾半徑高達(dá)18 nm,量子限域效應(yīng)顯著,PbS膠體量子點光電探測器峰值響應(yīng)波長可在600 nm-3000 nm范圍內(nèi)靈活可調(diào),其薄膜制備技術(shù)可兼容硅基、玻璃、陶瓷等各類襯底,應(yīng)用前景良好;另一方面,量子點表面原子比例高,表面缺陷態(tài)密度高,需通過表面鈍化技術(shù)來改善光電特性�；邴u素離子配體的表面鈍化技術(shù)是鈍化PbS量子點表面缺陷、增強電子傳輸特性的有效途徑之一,本文圍繞鹵素離子配體對PbS膠體量子點薄膜光電探測器性能的影響規(guī)律與機(jī)制,對器件制備及性能調(diào)控技術(shù)開展深入研究,系統(tǒng)對比并優(yōu)化了鹵素離子的種類及其引入方式,有效提升了PbS膠體量子點薄膜光電探測器性能。本文首先采用以常用的氧化鉛(PbO)為鉛源,合成出PbS膠體量子點,通過配體置換的方式引入碘離子,室溫條件下采用旋涂的方式制備出PbS膠體量子點薄膜光電探測器,結(jié)合傅里葉變換紅外光譜(FTIR)等表征手段以及器件性能測試分析,研究了薄膜級配體置換和溶液級相轉(zhuǎn)移置換兩種方式對PbS膠體量子點薄膜光電探測器件的性能影響。研究結(jié)果表明,與薄膜級配體置換相比,溶液級相轉(zhuǎn)移配體置換工藝制備的光電探測器具有更高的光電流和更快的恢復(fù)時間,當(dāng)用0.0257μW/cm~2的光照強度照射時,響應(yīng)度達(dá)到了27.119 mA/W,相應(yīng)的比探測率為2.81×10~(11) Jones。為了進(jìn)一步探究鹵素離子種類及其引入方式對PbS膠體量子點薄膜光電探測器性能影響,本文嘗試以PbCl_2、PbBr_2和PbI_2替代PbO作為鉛源,在合成前驅(qū)物中引入不同種類的鹵素離子對PbS量子點進(jìn)行原位鈍化,通過改變反應(yīng)溫度,控制量子點的形貌與尺寸,結(jié)合溶液級相轉(zhuǎn)移配體置換工藝制備出PbS膠體量子點薄膜光電探測器。不同鉛源的對比研究表明,同等工藝條件下,PbCl_2為鉛源的器件性能較優(yōu),響應(yīng)度為69.6852 mA/W,比探測率為2.22×10~(12) Jones,初步分析了鹵素離子種類對PbS膠體量子點薄膜光電探測器性能的作用機(jī)制:氯離子與鉛離子結(jié)合力更強,能有效地形成氯化物封端,提高器件的抗氧化性。最后,為了探究金屬陽離子的引入對PbS量子點光電探測器件的性能影響,在上述研究工作的基礎(chǔ)上,采用陽離子交換合成法以PbCl_2為鉛前驅(qū)體,以ZnS陽離子交換合成PbS,合成中可能引入的Zn~(2+)陽離子與Cl~-陰離子,共同原位鈍化量子點表面缺陷。在相同光照強度下,陽離子交換法合成PbS量子點光電探測器的光響應(yīng)略大于氯化鉛合成的硫化鉛而歸一化比探測略小,響應(yīng)度達(dá)到了83.245 mA/W,對應(yīng)于比探測率為1.07×10~(12) Jones。
【圖文】：

華中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1 緒論代信息技術(shù)的高速發(fā)展，光電子技術(shù)與微電子技術(shù)兩者彼此交織，充，使光電探測技術(shù)在現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中占據(jù)十分重要的地位。信號轉(zhuǎn)變成可處理的電信號的關(guān)鍵設(shè)備，在探測技術(shù)中舉重若輕。術(shù)因其能很好地適應(yīng)環(huán)境，在特定條件下的工作能力優(yōu)于可見光；易被干擾；尺寸小，，質(zhì)量輕，功耗低的獨特優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于軍事，如航天預(yù)警、紅外成像、軍用夜視、食品監(jiān)測、智能駕駛、智慧巡線等，與日俱增的需求加快了紅外光電探測的研究與發(fā)展。

華中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文物鈣鈦礦結(jié)合了無機(jī)和有機(jī)半導(dǎo)體的優(yōu)點，光生載流子在產(chǎn)生和收集過程中幾乎沒有損耗。鈣鈦礦在光電探測中具有潛在的研究價值，Miao 等人[7]在最近研究報道，金屬鹵化物鈣鈦礦近紅外光電探測器的光譜響應(yīng)范圍已擴(kuò)展到 1000 nm。但是基于金屬鹵化物鈣鈦礦的光電探測器仍留有許多問題待解決，如介電弛豫、離子行為，光生成和收集等，以及如何克服傳統(tǒng)的光電檢測在噪聲，光響應(yīng)和速度方面的權(quán)衡[6]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN36

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本文編號：2630324