隨著納米科學不斷地發(fā)展,人類已經掌握許多納米結構的合成方法,這些納米結構與相應的塊體材料相比能展現(xiàn)出許多獨特的光電子學特性,如貴金屬(金或銀)納米結構的表面等離激元,極大地引起了人們的研究興趣。金屬表面等離激元與半導體激子之間的耦合已被廣泛運用于諸如太陽能電池,光探測器,光電化學電極等光電子器件中以提高器件的光電轉換效率。近年來,大量的研究成果表明,金屬納米結構產生的局域表面等離激元共振可以增強金屬附近的局域電磁場,鄰近的半導體可以受益于這種場增益,導致半導體光吸收增強,進而產生更多的光生載流子,此外還有散射效應,熱載流子轉移和共振能量轉移等機理,都對光電轉換有貢獻。在金屬與半導體的混合納米結構中,半導體對這種場增益的充分利用是提高器件光電轉換效率的關鍵。在本文中,分別研究了基于硫化鉛量子點摻雜金納米棒和金-硫化鉛核殼納米棒的近紅外光探測器,相對于單一硫化鉛的光探測器,這兩種光探測器實現(xiàn)了在近紅外波段探測性能的提升。具體包括以下內容:1.研究了基于硫化鉛量子點摻雜金納米棒的近紅外光探測器。當源漏電壓和柵壓為-4 V,功率密度為5 mW?cm~(-2)的808 nm激光器激發(fā)時,此光探測器響應度達到8.2 A?W~(-1),探測率達到6.3?10~(10) Jones,量子效率達到1251%,分別是單一硫化鉛量子點光探測器的1.7倍,1.3倍,1.6倍。2.研究了基于金-硫化鉛核殼納米棒的近紅外光探測器。首先,通過光吸收譜發(fā)現(xiàn)隨著殼層折射率的變大,納米棒的局域表面等離激元共振峰位由可見光紅移到了近紅外波段。接著,通過有限時域差分法模擬了單個金-硫化鉛核殼納米棒在光照下的局域電場分布,結果表明其局域場增益可達22倍。最后,基于此納米結構的光探測器,在源漏電壓和柵壓為-4 V,功率密度為5 mW?cm~(-2)的808 nm激光器激發(fā)時,響應度達到18.5 A?W~(-1),探測率達到1.22?10~(11) Jones,量子效率達到2844%,分別是硫化鉛光探測器的3.8倍,2.5倍,3.7倍。此外器件響應時間為0.32 s,0.256 s。這些研究成果表明,PbS中引入貴金屬納米結構,由于其表面等離激元,能夠顯著增強器件的光探測性能,因此在光電子學領域具有十分光明的應用前景。
【學位單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1;TN15
【部分圖文】：

金-硫化鉛納米結構中等離激元增強的光電特性及光探測應用探測器是科研人員一直以來追求的目標。令人欣慰的是，等離激元納米結構的應用讓實現(xiàn)這些目標成為了可能。金屬表面等離激元可以在納米尺度上實現(xiàn)對光的操控，將光子學和電子學緊密地聯(lián)系在了一起[29]。近年來，金屬表面等離激元已被廣泛運用于光探測技術中，改善了光探測器的諸多性能，如拓寬器件光響應波段，提高響應度，探測率和光電轉換效率，加快器件響應時間等[30-33]。但是人們對于其中運作機制還沒有清晰徹底的認識，對于發(fā)現(xiàn)其他潛在的等離激元材料及其與半導體之間的耦合機制仍然需要科研人員不斷地探索。

江蘇大學碩士學位論文膠體量子點表現(xiàn)出 n 型或 p 型半導體的性質，對制備同質結的光電器件具有重要意義[36]。另一方面，量子點表面可通過選擇合適的配體對進行鈍化，改善其表面缺陷，長鏈配體鈍化為短鏈配體，縮短激子擴散距離，有效的提高器件光電轉換效率[37]。如圖 1.2 所示，膠體量子點表面懸掛不同的配體，可以調諧其導帶和價帶的帶邊能級。

圖 1.3 光探測器結構示意圖[25]。（a）光電導（b）場效應光電晶體管（c）肖特基結光探測器（d）異質結型光探測器（e）p n 結型光探測器（f）p i n 型光探測器Figure 1.3 Device architecture of photodetectors[25]. (a) Photoconductor (b) Phototransistor (c)Schottky photodiode (d) Heterojunction photodiode (e) p–n type photodiode (f) p–i–n typephotodiode1.4.2 光探測器的性能參數(shù)（1）響應度響應度（R）是表征光探測器在入射光照下的光電轉換能力[66]，是光探測器產生的光電流 與入射光功率 的比值，單位為安培每瓦（ Ъ ），公式為： = = （1.10）（2）探測率探測率（D ）是表征光探測器輻照區(qū)域上的靈敏度，單位為瓊斯（Jones）[67]。假設光電晶體管中的噪聲源主要來自于暗電流 ，則探測率可用公式定義為：
【參考文獻】

相關博士學位論文 前2條

1 楊丹;基于場效應晶體管結構的納米復合薄膜光電探測器研究[D];北京理工大學;2015年

2 何俊剛;硫化鉛量子點基復合納米晶的增強型光電探測器研究[D];華中科技大學;2014年

相關碩士學位論文 前1條

1 付春杰;場效應晶體管結構的高性能PbSe量子點紅外探測器[D];北京理工大學;2016年

本文編號：2881274