【摘要】： 本論文的主要工作包括自組裝法制備納米TiO_2薄膜以及驗證和探討基于自組裝法制備的TiO_2納米薄膜作為光伏型MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器基體材料的可能性,利用薄膜研制紫外探測器的原型器件,并進一步分析器件的性能指標。 首先利用自組裝法制備了TiO_2薄膜材料,并采用各種表征手段對薄膜材料的性質(zhì)進行了表征:利用X光衍射分析方法對所制備的TiO_2薄膜結(jié)構(gòu)進行分析可知,TiO_2已經(jīng)在石英玻璃襯底表面結(jié)晶,在25.3°處,存在一個尖銳的主峰,對應(yīng)于銳鈦礦相TiO_2的主峰,這說明已經(jīng)我們利用自組裝法制備的TiO_2薄膜為很好的銳鈦礦晶型。通過紫外-可見光譜分析,可知用自組裝法在石英玻璃襯底上生長的TiO_2薄膜在310nm附近有一個陡峭的吸收邊,證明了這種方法制備的TiO_2薄膜在紫外光范圍內(nèi)有良好的吸收能力。由SEM圖可以直觀的看到,TiO_2薄膜表面均勻致密,質(zhì)量非常好,適合制作紫外探測器的半導(dǎo)體基體薄膜。由XPS能譜分析,發(fā)現(xiàn)自組裝法制備的TiO_2薄膜的鈦氧比為1:1.84,晶格氧含量比溶膠凝膠法制備得到的TiO_2薄膜(鈦氧比為1:1.24)提高了38.6%,這意味自組裝法制備的薄膜氧缺陷更少,晶體更完整,成膜質(zhì)量更優(yōu)。 制作基于自組裝法在石英襯底上生長TiO_2薄膜的紫外探測器。該器件的電極長度為2毫米,電極間的叉指寬度僅為20微米,叉指間距同樣也僅為20微米,該器件的有效電極面積為0.38mm2。并對器件的光電特性進行了測試,由器件的I-V特性曲線可知,Au與TiO_2形成肖特基接觸。由器件的光響應(yīng)可知,當入射波長為400nm到350nm時,光響應(yīng)曲線基本水平;從350nm開始,器件的光響應(yīng)迅速增加,在310nm處形成陡峭的吸收邊,與薄膜的紫外吸收譜基本相符;在260nm處,器件的響應(yīng)度達到最大值,約為73.65A/W。對器件的響應(yīng)時間圖分析可知,缺陷較少的薄膜制作的器件響應(yīng)時間得到很大的改善,上升響應(yīng)時間約為3.66s,下降響應(yīng)時間約為4.18s。
【圖文】：

2薄膜的制備與表征圖2.2 銳鈦礦相TiO2的晶體結(jié)構(gòu)相對其他晶相的TiO2，銳鈦礦相具有更小的電子有效質(zhì)量和更高的電子遷移率，在半導(dǎo)體方面有更大的應(yīng)用潛力。對于半導(dǎo)體，光電性質(zhì)決定于能帶結(jié)構(gòu)。銳鈦礦相的TiO2的能帶結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3 銳鈦礦相TiO2的能帶結(jié)構(gòu)當能量大于禁帶寬度的紫外光照射在TiO2上，，能夠產(chǎn)生光生載流子。由于帶正電的空穴有很強的氧化性，能夠?qū)⒂袡C物氧化分解為二氧化碳和水，而有機物原來含有的鹵、硫、磷和氮原子也被分別轉(zhuǎn)化成為無毒性或者毒性較弱的無機鹽，從而消除這些有機物原有的毒害性。因此銳鈦礦相的TiO2可用于環(huán)境治理和醫(yī)療防治領(lǐng)域。在光催化研究領(lǐng)域，銳鈦礦結(jié)構(gòu)的研究要比金紅石多，因為在光催化的應(yīng)用中，通常銳鈦礦結(jié)構(gòu)比金紅石結(jié)構(gòu)有更高的活性，在工業(yè)催化、光氣敏材料等方向有著更廣闊的應(yīng)用前景。8

半導(dǎo)體方面有更大的應(yīng)用潛力。對于半導(dǎo)體，光電性質(zhì)決定于能帶結(jié)構(gòu)。銳鈦礦相的TiO2的能帶結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3 銳鈦礦相TiO2的能帶結(jié)構(gòu)當能量大于禁帶寬度的紫外光照射在TiO2上，能夠產(chǎn)生光生載流子。由于帶正電的空穴有很強的氧化性，能夠?qū)⒂袡C物氧化分解為二氧化碳和水，而有機物原來含有的鹵、硫、磷和氮原子也被分別轉(zhuǎn)化成為無毒性或者毒性較弱的無機鹽，從而消除這些有機物原有的毒害性。因此銳鈦礦相的TiO2可用于環(huán)境治理和醫(yī)療防治領(lǐng)域。在光催化研究領(lǐng)域，銳鈦礦結(jié)構(gòu)的研究要比金紅石多，因為在光催化的應(yīng)用中，通常銳鈦礦結(jié)構(gòu)比金紅石結(jié)構(gòu)有更高的活性，在工業(yè)催化、光氣敏材料等方向有著更廣闊的應(yīng)用前景。8
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TB383.1

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