金纳米棒阵列对PbS薄膜光响应特性影响的研究

发布时间：2020-03-20 11:29

【摘要】：新型纳米光电器件是当前材料科学、微电子器件领域研究的热点。当前,提高光电探测器的响应率、探测率和响应时间等性能指标是当今科学研究中关心的问题。当前,与单色工作波长的光电探测器相比,宽带或多色光电探测器的可响应范围光谱较宽,可实现一体化多功能的实际应用,因此旨在集高性能和多波段探测功能为一体的光电探测器的研究工作显得尤为重要。基于以上考虑,本文采用金纳米棒阵列来提高具有宽波段响应的半导体PbS薄膜探测器的光电响应特性。具体研究工作为:(1)利用化学浴沉积法制备了硫化铅纳米薄膜,并通过对沉积温度、络合剂等沉积参数的调控制备出在可见到近红外范围内吸收光谱峰位可调的PbS薄膜。(2)利用四步阳极氧化法制备出超薄多孔双通二氧化钛薄膜。以此为掩膜结合电子束蒸发技术构筑了有序金纳米阵列修饰的PbS薄膜光电探测器。实验发现,有序金纳米阵列修饰后,PbS薄膜的响应率明显提高,且其共振增强效果具有明显的波长选择性。当修饰的金纳米棒阵列的高度从30 nm增加到120 nm时,其最强增强峰从450 nm红移到近1000 nm的近红外波段。在980 nm的红外光照射下,该装置光电响应率可高达944mA/W,同时探测率高达1.72×1010 cm Hz1/2W-1。
【图文】：

示意图,光电导效应,示意图

Ｄ＊邋＝邋－ｆｉ＝率，ｅ为电子电量，ＩＤａｒｉｃ为暗电流值。逡逑体光电探测器的几种物理效应［１，５］逡逑应及光热效应逡逑应来讲，光电探测器主要是基于两种效应：光子效一个单独的光子的性质对所产生的光电子起到直后直接引起内部电子状态的改变，其对应的主要应是指材料吸收光子之后，不直接引起电子状态转变成晶格的热振动，导致材料温度的上升，进质的改变。逡逑效应逡逑的波长Ｘ小于或等于半导体的截止波长＾时，半这时材料内部将会产生非平衡载流子，也叫光生

示意图,光伏效应,原理,示意图

成的内建电场会把激发出的电子空穴对分开，，在势垒两端形成电荷积累，进而逡逑产生光伏效应。半导体光伏效应是源于半导体的“结”。而这个所谓的“结”可逡逑以是ＰＮ结，ＰＩＮ结，肖特基结或者异质结等。图１－２为ＰＮ结光伏效应示意图逡逑［２］。目前，应用这种效应制成的光电探测器有很多种，比如：光电池、光电二逡逑极管、光电场效应管、光电晶体管及雪崩光电二极管等等。逡逑光照逡逑？邋Ｉ邋？逦ｉｌ逡逑ｆｆｌＨＢＢ｜８ｐｉ｜ｌ逦匕－－N－」ａ逡逑ＢＫｉｉｔｒｊ邋——０」逡逑图１－２ＰＮ结光伏效应原理示意图［２］。逡逑（５）温差电效应逡逑将两种不同的材料连接成回路构成装置，当在装置两侧温度不同时回路中逡逑会产生电压，从而形成电流；相反，如果在装置两端施加电压时，它会产生温逡逑差，这种现象称为温差电效应。在原子尺度上（特别是电荷载流子），该装置两逡逑端的温差会使材料中的带电载流子（无论是电子还是空穴）从热端边向冷端边扩逡逑散。由于这种情况类似于加热时膨胀的经典气体，因此，回路中产生的电流被逡逑称为热感应电流。逡逑如果把冷端一分为二并连接电流表，此时将光照射到另一端，另一端因吸逡逑收了光能导致温度升高，这样就在回路中产生了电流，而且该电流大小可反映逡逑光照能量的大小
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN15;TB383.1

【参考文献】