隨著納米科學(xué)不斷地發(fā)展,人類已經(jīng)掌握許多納米結(jié)構(gòu)的合成方法,這些納米結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的塊體材料相比能展現(xiàn)出許多獨(dú)特的光電子學(xué)特性,如貴金屬(金或銀)納米結(jié)構(gòu)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(dǎo)體激子之間的耦合已被廣泛運(yùn)用于諸如太陽(yáng)能電池,光探測(cè)器,光電化學(xué)電極等光電子器件中以提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。近年來(lái),大量的研究成果表明,金屬納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的局域表面等離激元共振可以增強(qiáng)金屬附近的局域電磁場(chǎng),鄰近的半導(dǎo)體可以受益于這種場(chǎng)增益,導(dǎo)致半導(dǎo)體光吸收增強(qiáng),進(jìn)而產(chǎn)生更多的光生載流子,此外還有散射效應(yīng),熱載流子轉(zhuǎn)移和共振能量轉(zhuǎn)移等機(jī)理,都對(duì)光電轉(zhuǎn)換有貢獻(xiàn)。在金屬與半導(dǎo)體的混合納米結(jié)構(gòu)中,半導(dǎo)體對(duì)這種場(chǎng)增益的充分利用是提高器件光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。在本文中,分別研究了基于硫化鉛量子點(diǎn)摻雜金納米棒和金-硫化鉛核殼納米棒的近紅外光探測(cè)器,相對(duì)于單一硫化鉛的光探測(cè)器,這兩種光探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了在近紅外波段探測(cè)性能的提升。具體包括以下內(nèi)容:1.研究了基于硫化鉛量子點(diǎn)摻雜金納米棒的近紅外光探測(cè)器。當(dāng)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(shí),此光探測(cè)器響應(yīng)度達(dá)到8.2 A?W~(-1),探測(cè)率達(dá)到6.3?10~(10) Jones,量子效率達(dá)到1251%,分別是單一硫化鉛量子點(diǎn)光探測(cè)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(cè)器。首先,通過(guò)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(jiàn)光紅移到了近紅外波段。接著,通過(guò)有限時(shí)域差分法模擬了單個(gè)金-硫化鉛核殼納米棒在光照下的局域電場(chǎng)分布,結(jié)果表明其局域場(chǎng)增益可達(dá)22倍。最后,基于此納米結(jié)構(gòu)的光探測(cè)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(shí),響應(yīng)度達(dá)到18.5 A?W~(-1),探測(cè)率達(dá)到1.22?10~(11) Jones,量子效率達(dá)到2844%,分別是硫化鉛光探測(cè)器的3.8倍,2.5倍,3.7倍。此外器件響應(yīng)時(shí)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(jié)構(gòu),由于其表面等離激元,能夠顯著增強(qiáng)器件的光探測(cè)性能,因此在光電子學(xué)領(lǐng)域具有十分光明的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1;TN15
【部分圖文】：

金-硫化鉛納米結(jié)構(gòu)中等離激元增強(qiáng)的光電特性及光探測(cè)應(yīng)用探測(cè)器是科研人員一直以來(lái)追求的目標(biāo)。令人欣慰的是，等離激元納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用讓實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)成為了可能。金屬表面等離激元可以在納米尺度上實(shí)現(xiàn)對(duì)光的操控，將光子學(xué)和電子學(xué)緊密地聯(lián)系在了一起[29]。近年來(lái)，金屬表面等離激元已被廣泛運(yùn)用于光探測(cè)技術(shù)中，改善了光探測(cè)器的諸多性能，如拓寬器件光響應(yīng)波段，提高響應(yīng)度，探測(cè)率和光電轉(zhuǎn)換效率，加快器件響應(yīng)時(shí)間等[30-33]。但是人們對(duì)于其中運(yùn)作機(jī)制還沒(méi)有清晰徹底的認(rèn)識(shí)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)其他潛在的等離激元材料及其與半導(dǎo)體之間的耦合機(jī)制仍然需要科研人員不斷地探索。

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文膠體量子點(diǎn)表現(xiàn)出 n 型或 p 型半導(dǎo)體的性質(zhì)，對(duì)制備同質(zhì)結(jié)的光電器件具有重要意義[36]。另一方面，量子點(diǎn)表面可通過(guò)選擇合適的配體對(duì)進(jìn)行鈍化，改善其表面缺陷，長(zhǎng)鏈配體鈍化為短鏈配體，縮短激子擴(kuò)散距離，有效的提高器件光電轉(zhuǎn)換效率[37]。如圖 1.2 所示，膠體量子點(diǎn)表面懸掛不同的配體，可以調(diào)諧其導(dǎo)帶和價(jià)帶的帶邊能級(jí)。

圖 1.3 光探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖[25]。（a）光電導(dǎo)（b）場(chǎng)效應(yīng)光電晶體管（c）肖特基結(jié)光探測(cè)器（d）異質(zhì)結(jié)型光探測(cè)器（e）p n 結(jié)型光探測(cè)器（f）p i n 型光探測(cè)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(cè)器的性能參數(shù)（1）響應(yīng)度響應(yīng)度（R）是表征光探測(cè)器在入射光照下的光電轉(zhuǎn)換能力[66]，是光探測(cè)器產(chǎn)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(cè)率探測(cè)率（D ）是表征光探測(cè)器輻照區(qū)域上的靈敏度，單位為瓊斯（Jones）[67]。假設(shè)光電晶體管中的噪聲源主要來(lái)自于暗電流 ，則探測(cè)率可用公式定義為：
【參考文獻(xiàn)】

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1 楊丹;基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合薄膜光電探測(cè)器研究[D];北京理工大學(xué);2015年

2 何俊剛;硫化鉛量子點(diǎn)基復(fù)合納米晶的增強(qiáng)型光電探測(cè)器研究[D];華中科技大學(xué);2014年

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1 付春杰;場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的高性能PbSe量子點(diǎn)紅外探測(cè)器[D];北京理工大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2881274