【摘要】：光電探測器,因其能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)而在信號(hào)處理、顯示等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其是可見光探測器,在圖像傳感、激光通信、工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在眾多材料中,ZnO基材料因其原料豐富、價(jià)格低廉、易于制備等優(yōu)點(diǎn)而備受光電探測器的青睞,然而,作為一種寬禁帶(3.2-3.37 eV)半導(dǎo)體材料,ZnO基材料大多被應(yīng)用于紫外光電探測器,該特性極大地限制了ZnO基材料的應(yīng)用。為了拓展ZnO基材料的的光電響應(yīng)范圍,使其可應(yīng)用于可見光探測領(lǐng)域,本文通過磁控濺射技術(shù)制得ZnO薄膜,并將其與p型材料Cu_2O進(jìn)行復(fù)合,從而使其在可見光范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光電響應(yīng),隨后通過碳量子點(diǎn)、半導(dǎo)體CdS量子點(diǎn)以及貴金屬等修飾手段進(jìn)一步提高其光電響應(yīng)能力。主要研究內(nèi)容及成果如下:1、電子注入型Cu_2O/C QD/ZnO異質(zhì)結(jié)的制備及其光敏性的研究采用磁控濺射技術(shù)、水熱法和液相還原法分別制備出了ZnO薄膜、C QDs和Cu_2O,然后將C QDs和Cu_2O引入ZnO薄膜表面,從而制備了電子注入型Cu_2O/C QD/ZnO結(jié)構(gòu)的透明光敏薄膜,并對(duì)該薄膜的透光性與光敏性進(jìn)行了研究。通過研究表明,C QDs和Cu_2O與ZnO薄膜結(jié)合良好,相較于未改性的薄膜,該薄膜的光敏性展現(xiàn)出明顯的提高,其主要原因?yàn)镃u_2O/ZnO的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)以及C QDs的上轉(zhuǎn)換熒光性能。2、Ag改性的Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)透明器件的制備及其光電轉(zhuǎn)換性能的研究通過簡單的磁控濺射技術(shù)制備了Ag改性的Cu_2O/ZnO結(jié)構(gòu)的p-n結(jié)型透明薄膜,并對(duì)該薄膜的透光性與光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了研究。通過研究可知,與未修飾的異質(zhì)結(jié)相比,該薄膜具有明顯的光電轉(zhuǎn)換增強(qiáng)作用(其光電轉(zhuǎn)換效率為0.48%,是未修飾異質(zhì)結(jié)的10倍)。通過分析發(fā)現(xiàn),該薄膜的光電轉(zhuǎn)換性能的增強(qiáng)主要是由于Cu_2O/ZnO的pn結(jié)結(jié)構(gòu)和Ag納米顆粒作為光電子的供體及其表面增強(qiáng)等離子體吸收性能。3、CdS QDs敏化Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)透明器件的制備及光電轉(zhuǎn)換性能的研究采用磁控濺射技術(shù)、水熱法和循環(huán)離子吸附法分步制備了CdS QDs敏化的Cu_2O/ZnO結(jié)構(gòu)的透明薄膜,并對(duì)該薄膜的透光性與光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了研究。研究表明,相較于未修飾的異質(zhì)結(jié),CdS QDs敏化的異質(zhì)結(jié)對(duì)于可見光的光電轉(zhuǎn)換性能有了明顯的提高,其主要原因?yàn)镃dS QDs對(duì)于可見光的充分利用,階梯狀的能帶結(jié)構(gòu)能夠有效降低電子-空穴的復(fù)合,以及有序ZnO納米陣列可以提高光能利用率,從而提高該薄膜的光電轉(zhuǎn)換性能。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH74
【圖文】：

圖 1.2 不同類型半導(dǎo)體光電探測器的原理圖結(jié)構(gòu)[28]Fig. 1.2 Schematic structure of the different types of semiconductor photodetector[31]光電導(dǎo)型探測器光電導(dǎo)型探測器是一種基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光探測器。如圖 1.3 所示，半導(dǎo)體兩端接觸電極，工作時(shí)器件兩端需施加電壓。沒有光照時(shí)，探測器相當(dāng)于一個(gè)阻值較，當(dāng)半導(dǎo)體受到光照時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的光生電子-空穴對(duì)，從而改變半電率。光電導(dǎo)型探測器結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的光增益，然而其暗電流較大，且對(duì)速度較慢[34-35]，因而適用范圍有限。半導(dǎo)體材料能否實(shí)現(xiàn)光電導(dǎo)主要取決于其禁只有波長小于波長極限的光照射到探測器上，才會(huì)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，從而使器的電導(dǎo)率增加。

圖 1.2 不同類型半導(dǎo)體光電探測器的原理圖結(jié)構(gòu)[28]. 1.2 Schematic structure of the different types of semiconductor photodetec探測器探測器是一種基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光探測器。如圖 1.3 所示，半，工作時(shí)器件兩端需施加電壓。沒有光照時(shí)，探測器相當(dāng)于一體受到光照時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的光生電子-空穴對(duì)，從電導(dǎo)型探測器結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的光增益，然而其暗電流較[34-35]，因而適用范圍有限。半導(dǎo)體材料能否實(shí)現(xiàn)光電導(dǎo)主要取小于波長極限的光照射到探測器上，才會(huì)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)率增加。

學(xué)位論文 自驅(qū)動(dòng) ZnO 基器是由功函數(shù)不同的金屬和半導(dǎo)體接觸形成的，具有一定的功函數(shù)較大的金屬與半導(dǎo)體接觸后，半導(dǎo)體內(nèi)的自由電子表面原有的電中性被破壞，從而在金屬與半導(dǎo)體之間形成勢(shì)壘區(qū)直接產(chǎn)生載流子。因此，肖特基型探測器器具有較較短的響應(yīng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。然而對(duì)于肖特基接觸，其表面態(tài)流子的復(fù)合效率很快，在一定程度上限制了肖特基型探測

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