科技水平的迅速發(fā)展,對半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步起到了極大的促進(jìn)作用,而且人們生活水平的提高,對新功能器件和材料的需求也是日益迫切。半導(dǎo)體納米材料以其在電子學(xué)和光學(xué)方面的獨(dú)特性能而倍受青睞。因?yàn)樵陔姶艑W(xué)、光學(xué)、光電轉(zhuǎn)換、及熱學(xué)等多方面具有很大的應(yīng)用前景,一維結(jié)構(gòu)納米線引起了研究者們濃厚的研究興趣,因其具有高長徑比,是一種很好的能量傳遞材料,通過合理組裝可使其有效地應(yīng)用于制造基于聲子、電子、光子等粒子傳遞來實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)用的器件。硒族化合物是一類重要的功能材料,硒族化合物納米材料更是現(xiàn)代材料學(xué)研究的熱點(diǎn),它具有一系列優(yōu)異的物化特性,是一種重要的半導(dǎo)體光電材料,在光電功能器件和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已引起越來越多的關(guān)注。相比于同族的氧化物和硫族化合物納米材料,硒化合物納米材料在一維納米結(jié)構(gòu)光電探測器方面的研究和應(yīng)用相對滯后。硒化鎘是Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙半導(dǎo)體,室溫下禁帶寬度為1.74eV,與可見光波段具有很好的匹配,在光電探測器、太陽能電池、發(fā)光二極管、場效應(yīng)晶體管等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文研究了垂直排列的硒化鎘納米線陣列的合成,以及以硒化鎘為核芯的一系列核殼結(jié)構(gòu)納米線陣列在光電探測器中的應(yīng)用。本文的主要研究內(nèi)... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

致密薄膜、納米顆粒薄膜和納米線陣列薄膜結(jié)構(gòu)的n型半導(dǎo)體中光吸收和電荷傳輸?shù)谋容^[66]

瀆飾?250～1200nm的硅納米線陣列，為獲得與相同厚度硅薄膜相當(dāng)?shù)墓馕眨@得最大光吸收時最佳的d/P被預(yù)測為0.8。除裸硅納米線陣列外，人們還對硅核殼納米線陣列的光吸收特性進(jìn)行了理論計(jì)算。對于徑向p-n結(jié)硅納米線陣列，嚴(yán)格的耦合波分析表明，采用半徑為200nm、填充率為30%的20μm長的納米線方形陣列可以獲得接近完全的吸收[71]。使用同樣的方法，Shen等人研究了c-Si/a-Si:H核殼納米線陣列的光吸收，并預(yù)測分別與c-Si納米線陣列和a-Si薄膜相比，核殼納米線陣列單位體積材料的光電流增強(qiáng)系數(shù)分別為14%和345%[72]。圖1-2周期性硅納米線結(jié)構(gòu)的模擬圖。納米線陣列是由直徑d，線長度L，和正方形晶格的周期a來定義，而入射太陽輻射的方向被定義為天頂角θ和方位角φ[69]半導(dǎo)體納米線陣列中的光吸收具有強(qiáng)烈的幾何依賴性，這一點(diǎn)已被大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)[73-76]。通常，在其他幾何參數(shù)不變的情況下，更長的納米線可以吸收更多的光子，因?yàn)橛凶銐虻墓馕章窂胶驼T導(dǎo)多次散射的可能性。另一方面，增加納米線的長度將增加表面復(fù)合的機(jī)會。研究表明光吸收增強(qiáng)和表面復(fù)合之間存在競爭關(guān)系，這為納米線陣列光電器件的制造提供了指導(dǎo)原則[77]。許多研究表明，納米線陣列的直徑對調(diào)整其透射和反射至關(guān)重要。一種雙直徑鍺納米線陣列在300~900nm波長范圍內(nèi)表現(xiàn)出驚人的接近完全的吸光性。在這種結(jié)構(gòu)中，小直徑

慢，電子空穴復(fù)合幾率高[80,81]。而用納米線陣列取代納米顆粒，發(fā)現(xiàn)由于能帶傳導(dǎo)傳輸，載流子收集效率提高了約100倍[82]。納米線的橫向尺寸通常低于載流子擴(kuò)散長度，通過消除不必要的橫向傳輸和由此產(chǎn)生的復(fù)合損耗，減少非輻射復(fù)合和載流子散射損耗，從而有利于載流子的收集[83,84]。由于核殼結(jié)構(gòu)納米線陣列組裝的器件充分利用了光吸收和徑向電荷收集方面的形貌特征，被認(rèn)為是一種最佳的納米線太陽能結(jié)構(gòu)。除了降低對材料純度的嚴(yán)格要求外，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)還能夠在保持相同/相當(dāng)功率輸出的同時使用更少的材料。如圖圖1-3所示[85]為具有n型核和p型殼的核殼納米線陣列的示意圖。圖1-3徑向核殼結(jié)構(gòu)示意圖。核殼結(jié)構(gòu)納米線陣列的設(shè)計(jì)，結(jié)合了兩個優(yōu)點(diǎn)：通過多次散射增強(qiáng)光吸收和通過抑制非輻射復(fù)合改善載流子收集[85]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Piezotronics and piezo-phototronics: fundamentals and applications[J]. ZhongLin Wang,Wenzhuo Wu.  National Science Review. 2014(01)
[2]壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)[J]. 王中林.  物理. 2010(08)

博士論文
[1]Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體納米管的可控生長及其在光電探測器中的應(yīng)用[D]. 安欽偉.武漢大學(xué) 2018
[2]新型光電探測器的制備與機(jī)理研究[D]. 李凌亮.北京交通大學(xué) 2018
[3]二元及多元金屬硫族化物的合成及其光電性能研究[D]. 曾亞萍.湖南大學(xué) 2013
[4]硫族半導(dǎo)體納米晶的可控合成及光電性能應(yīng)用[D]. 劉紅梅.華南理工大學(xué) 2012
[5]一維半導(dǎo)體納米材料制備、性能及輻射探測器件研究[D]. 李瑩瀅.南京航空航天大學(xué) 2009



本文編號：3235223