本文關(guān)鍵詞：基于ZnO納米結(jié)構(gòu)的自供電紫外光電探測器　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 紫外光 光電探測器 ZnO 光電響應(yīng) 自供電

【摘要】：地球上的紫外線主要來自太陽的輻射,在日常生活中紫外線已被應(yīng)用于醫(yī)療、殺菌、鑒定等領(lǐng)域,但是它也可以與人的皮膚產(chǎn)生一定的機理作用,嚴(yán)重的時候可引起皮膚癌。因此,對于紫外線的檢測與防控引起了人們的廣泛關(guān)注。自20世紀(jì)50年代以來,紫外探測技術(shù)的發(fā)展非常迅速,在遠程控制、空間安全通信等方面都有著非常重要的作用。半導(dǎo)體的發(fā)展經(jīng)歷了以硅為代表的第一代半導(dǎo)體和以砷化鎵為代表的第二代半導(dǎo)體,到二十一世紀(jì),寬禁帶半導(dǎo)體材料成為第三代半導(dǎo)體材料,它們具有只吸收紫外光,耐高溫等優(yōu)點。以第三代半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的紫外光電探測器可以節(jié)省使用濾光片的費用,并且具有較好的光電性能。以GaN、SiC等寬禁帶半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的紫外光電探測器是這一領(lǐng)域的研究熱點,但是此類半導(dǎo)體材料的單晶薄膜生長工藝復(fù)雜,襯底費用昂貴,不利于器件的大規(guī)模的生產(chǎn)。因此,尋找制備工藝簡單,成本低,性能良好的半導(dǎo)體材料就顯得尤為重要。ZnO具有和GaN相似的結(jié)構(gòu),在室溫下,ZnO的禁帶寬度為3.37eV,可以很好的吸收波長短于385nm的紫外光,對可見光具有光盲性。另外,ZnO具有較大的激子結(jié)合能(約為60meV),較高的電子遷移率,電子-空穴對的復(fù)合率較低,載流子的壽命較長等優(yōu)點。ZnO具有良好的結(jié)晶性和生長各向異性,可形成納米棒、納米針、納米片、納米花等各種各樣的納米結(jié)構(gòu)。制備工藝也具有多樣性,人們已經(jīng)通過水熱法、熱蒸發(fā)、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積等方法,制備出ZnO的各種形態(tài)結(jié)構(gòu)。ZnO的制備工藝相對比較簡單,可以進行大批量的生產(chǎn)。傳統(tǒng)的硅基探測器在實際生產(chǎn)中應(yīng)用較多,但其在工作過程中需要外加偏壓,在一些特殊環(huán)境中會限制其應(yīng)用,制作工藝也較為復(fù)雜。具有三明治結(jié)構(gòu)的光化學(xué)電池型紫外光電探測器,利用半導(dǎo)體與電解液形成的內(nèi)建電場可以實現(xiàn)在不加外加偏壓下正常工作。ZnO和光化學(xué)電池型自供電紫外光電探測器的優(yōu)點引起了我們的研究興趣,本論文中,我們采用水熱法生長ZnO半導(dǎo)體材料,制作了基于ZnO納米結(jié)構(gòu)的光化學(xué)電池型自供電紫外光電探測器,并對其光電特性進行了研究。首先,我們利用水熱法制備了 ZnO的納米棒,將其作為光電陽極制備了紫外光電探測器,測得的最大響應(yīng)度為0.02 A/W�？紤]到ZnS和ZnO同屬于Ⅱ-Ⅵ族化合物,禁帶寬度為3.7eV,二者具有匹配的能級結(jié)構(gòu),可形成異質(zhì)結(jié),且ZnS顆粒附著在ZnO納米棒的表面,可以增加光的散射,從而可增大光的吸收率。因此,我們對ZnO納米棒進行了表面處理,在其表面附著了 ZnS納米顆粒,形成ZnO/ZnS納米棒核殼結(jié)構(gòu)。以ZnO/ZnS納米結(jié)構(gòu)作為光電陽極,以去離子水作為電解液,Pt電極作為對電極,制備了自供電紫外光電探測器。在沒有外加偏壓下,最大響應(yīng)度出現(xiàn)在340nm處,約為0.056A/W,比單純的ZnO納米棒結(jié)構(gòu)的紫外探測器的響應(yīng)度增大了 180%。當(dāng)用365nm的紫外光照射時,測得響應(yīng)時間約為0.04s�？紤]到ZnO可生長為各種各樣的納米結(jié)構(gòu),不同的納米結(jié)構(gòu)的比表面積不同。多孔ZnO納米片結(jié)構(gòu)的比表面積較大,有利于增大材料與電解液的接觸面積,從而提高紫外探測器的響應(yīng)度。我們通過水熱法制備了多孔ZnO納米片結(jié)構(gòu),以此為光電陽極,去離子水為電解液,制備了基于多孔ZnO納米片結(jié)構(gòu)的自供電紫外光電探測器,測得最大響應(yīng)度高于0.12A/W,在不加外加偏壓的情況下,器件可正常運行,且具有較快的響應(yīng)時間,上升時間和下降時間約為0.04s。在波長為365nm的0.0471 mW/cm2紫外光照射下,開路電壓為0.4V,短路電流為 5.64uA/cm2。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN15;TB383.1;TN23

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 徐國鈞,蘇紹基;紫外光電探測器的原理及其廣泛應(yīng)用[J];云南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2001年04期

2 張忠廉,劉榴娣;紫外線技術(shù)在軍事上的應(yīng)用研究[J];光學(xué)技術(shù);2000年04期

，

本文編號：1330410