石墨烯-二氧化钛纳米管异质结及光电性能研究
发布时间：2021-01-05 11:22
紫外光电探测器在紫外线告警系统、燃烧工程、医学领域和国防系统均有广泛应用,作为一种新型的光电检测技术已经成为光电检测的重点研究领域之一。随着半导体材料制备技术及性能研究取得的进展,具有高温耐性且只吸收紫外线,适合在恶劣环境中使用的宽禁带半导体材料逐渐发展成为当前高新技术领域科学研究的一个热点并得到应用。TiO2作为宽禁带半导体材料之一,在光电检测、光催化、染料敏化太阳能电池、水污染物治理、空气净化等其他相关关键技术应用领域有广泛的应用研究。石墨烯是由一层碳原子经由sp2杂化紧紧地排列在一起,形成了一种蜂窝状结构,由于独特的结构,它所具有优异的电学和光学特性,使得它在传感器、储能和显示、半导体材料和生物医学等领域显示出广阔的应用潜力。本论文以TiO2纳米管材料为基础,通过与高迁移率的石墨烯相结合形成异质结,深入研究材料形态和异质结优化对光电探测器光电性能的影响。首先,本文基于阳极氧化法制备了TiO2纳米管。通过改变阳极氧化时间和电压,对不同的TiO2纳米管进行了形貌表征,测试结果...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
光电导型探测器结构示意图
电子科技大学硕士学位论文2光电导型探测器主要是利用光导材料作为通道，在两端分开放置金属电极作为欧姆接触，并且当导入的光子的能量高于能带的能量时，半导体材料本身产生载流子，材料的电导率发生变化，产生光生电流，其强度取决于加的偏置电压，如图1-1所示，光生电荷的过程比较缓慢，导致光电导型紫外探测器的光响应较慢[7-9]。除此之外，配置额外的电源耗能较大，增加了成本，从而限制了它在恶劣环境和大规模工业化下的应用。1.2.2p-n结型紫外探测器当p型与n型半导体相接触时，电子和空穴相互扩散、复合及载流子的耗尽，在接触区附近形成空间电荷区和耗尽层，结区两边形成内建电场[10]，这个pn结就是构成pn结型紫外探测器的核心。利用电场的作用，电子将漂移到n区，空穴将漂移到p区，并且当扩散和漂移运动达到动态平衡时，将在半导体的接触界面处创建一个稳定的空间电荷区。如图1-2，从能带结构角分析的话，n型半导体的能带向上弯曲，p型半导体的能带向下弯曲，费米能级将调整到相等的水平。当紫外线到达器件表面时，半导体型半导体波弯曲到达设备表面，价带中的电子发生激发跃迁，产生了光生载流子，并且由于电场的作用发生漂移，因此产生了电流。图1-2p-n结型紫外探测器的能带图1.2.3肖特基型紫外探测器不同的半导体和金属接触时，由于两者的功函数不同，形成一定的势垒，称为肖特基势垒(schottkybarrierdiode，SBD)，这样的结构称为肖特基结[11]。肖特基结型光电探测器具有更快的响应速度，这是因为与pn结型需要载流子的扩散和漂
第一章绪论3移才能产生光电流相比，肖特基结产生的空间电荷区直接位于半导体表面上，光入射时，在SBD处直接产生光生载流子，从而形成电流[12-13]。ＭSＭ（金属-半导体-金属）型紫外探测器是由两个背靠背的肖特基结构成，由于它响应带宽大、噪声小，所以在日盲型紫外探测器方面有广泛应用[14]。相较于pn结型紫外探测器，肖特基型紫外探测器在肖特基结处载流子较多，因此其制备工艺较为复杂及恢复时间长，不适用于工业化生产。1.2.4光电化学型紫外探测器光电化学型(PECC)紫外探测器结构类似于染料敏化电池(DSSC)的结构，PECC探测器具有“三明治”结构，由工作电极、对电板与充满在两电极之间的电解液组成，见图1-3。工作电极一般为透明的玻璃基底，透明导电氧化物层、半导体纳米材料层组成。工作电极的王要功能是吸收光能并产生已经收集光电子。其中透明导电层一般选用掺Sn的In2O3(ITO)或者掺F的SnO2(FTO)薄膜。电解液的功能是传输空穴，对电极一般由铂(Pt)和透明导电物组成，Pt可以催化电解液的还原反应[15-17]。图1-3光电化学型紫外探测器1.3紫外探测器的发展与应用现状紫外探测器对于军事和医学领域非常重要，在导弹报警系统、紫外双色制导、生物医学检测和紫外杀菌等方面有广泛应用，特别是光电倍增管和硅基二极管分别作为第一、二代典型紫外探测器已经取得了长足进展，但是相应地也遇到了一些挑战。光电倍增管由于其尺寸大，效率低下，和高压工作下带来的高成本而在实际应用中受到某些限制。硅基紫外探测器体积小且电路简单，早期硅材料是生
【参考文献】：
期刊论文
[1]Review of gallium-oxide-based solar-blind ultraviolet photodetectors[J]. XUANHU CHEN,FANGFANG REN,SHULIN GU,JIANDONG YE. Photonics Research. 2019(04)
[2]基于金/硅纳米线阵列肖特基结的自驱动式的可见-近红外光探测器性能研究[J]. 洪清水,曹阳,孙家林,万平玉,贺军辉. 影像科学与光化学. 2014(06)
[3]Al0.66Ga0.34N日盲紫外光电探测器研究[J]. 姜文海,陈辰,周建军,李忠辉,董逊. 半导体技术. 2008(S1)
[4]TiO2纳米管制备及其应用研究进展[J]. 付敏,原鲜霞,马紫峰. 化工进展. 2005(01)
[5]纳米TiO2的光催化原理及其应用[J]. 任成军,李大成,周大利,刘恒,钟本和. 四川有色金属. 2004(02)
[6]紫外探测器及其研究进展[J]. 郝瑞亭,刘焕林. 光电子技术. 2004(02)
[7]纳米氧化钛光催化降解苯酚活性研究[J]. 郑珊,张青红,高濂,郭景坤. 贵金属. 2003(04)
[8]TiO2纳米管的制备与表征[J]. 王保玉,张景会,刘湛鋆. 精细化工. 2003(06)
[9]TiO2纳米管的模板法制备及表征[J]. 李晓红,张校刚,力虎林. 高等学校化学学报. 2001(01)
硕士论文
[1]用于紫外探测器的TiO2纳米管 阵列电极的制备与光电性能研究[D]. 刘旺.大连海事大学 2012
本文编号：2958570
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
光电导型探测器结构示意图
电子科技大学硕士学位论文2光电导型探测器主要是利用光导材料作为通道，在两端分开放置金属电极作为欧姆接触，并且当导入的光子的能量高于能带的能量时，半导体材料本身产生载流子，材料的电导率发生变化，产生光生电流，其强度取决于加的偏置电压，如图1-1所示，光生电荷的过程比较缓慢，导致光电导型紫外探测器的光响应较慢[7-9]。除此之外，配置额外的电源耗能较大，增加了成本，从而限制了它在恶劣环境和大规模工业化下的应用。1.2.2p-n结型紫外探测器当p型与n型半导体相接触时，电子和空穴相互扩散、复合及载流子的耗尽，在接触区附近形成空间电荷区和耗尽层，结区两边形成内建电场[10]，这个pn结就是构成pn结型紫外探测器的核心。利用电场的作用，电子将漂移到n区，空穴将漂移到p区，并且当扩散和漂移运动达到动态平衡时，将在半导体的接触界面处创建一个稳定的空间电荷区。如图1-2，从能带结构角分析的话，n型半导体的能带向上弯曲，p型半导体的能带向下弯曲，费米能级将调整到相等的水平。当紫外线到达器件表面时，半导体型半导体波弯曲到达设备表面，价带中的电子发生激发跃迁，产生了光生载流子，并且由于电场的作用发生漂移，因此产生了电流。图1-2p-n结型紫外探测器的能带图1.2.3肖特基型紫外探测器不同的半导体和金属接触时，由于两者的功函数不同，形成一定的势垒，称为肖特基势垒(schottkybarrierdiode，SBD)，这样的结构称为肖特基结[11]。肖特基结型光电探测器具有更快的响应速度，这是因为与pn结型需要载流子的扩散和漂
第一章绪论3移才能产生光电流相比，肖特基结产生的空间电荷区直接位于半导体表面上，光入射时，在SBD处直接产生光生载流子，从而形成电流[12-13]。ＭSＭ（金属-半导体-金属）型紫外探测器是由两个背靠背的肖特基结构成，由于它响应带宽大、噪声小，所以在日盲型紫外探测器方面有广泛应用[14]。相较于pn结型紫外探测器，肖特基型紫外探测器在肖特基结处载流子较多，因此其制备工艺较为复杂及恢复时间长，不适用于工业化生产。1.2.4光电化学型紫外探测器光电化学型(PECC)紫外探测器结构类似于染料敏化电池(DSSC)的结构，PECC探测器具有“三明治”结构，由工作电极、对电板与充满在两电极之间的电解液组成，见图1-3。工作电极一般为透明的玻璃基底，透明导电氧化物层、半导体纳米材料层组成。工作电极的王要功能是吸收光能并产生已经收集光电子。其中透明导电层一般选用掺Sn的In2O3(ITO)或者掺F的SnO2(FTO)薄膜。电解液的功能是传输空穴，对电极一般由铂(Pt)和透明导电物组成，Pt可以催化电解液的还原反应[15-17]。图1-3光电化学型紫外探测器1.3紫外探测器的发展与应用现状紫外探测器对于军事和医学领域非常重要，在导弹报警系统、紫外双色制导、生物医学检测和紫外杀菌等方面有广泛应用，特别是光电倍增管和硅基二极管分别作为第一、二代典型紫外探测器已经取得了长足进展，但是相应地也遇到了一些挑战。光电倍增管由于其尺寸大，效率低下，和高压工作下带来的高成本而在实际应用中受到某些限制。硅基紫外探测器体积小且电路简单，早期硅材料是生
【参考文献】：
期刊论文
[1]Review of gallium-oxide-based solar-blind ultraviolet photodetectors[J]. XUANHU CHEN,FANGFANG REN,SHULIN GU,JIANDONG YE. Photonics Research. 2019(04)
[2]基于金/硅纳米线阵列肖特基结的自驱动式的可见-近红外光探测器性能研究[J]. 洪清水,曹阳,孙家林,万平玉,贺军辉. 影像科学与光化学. 2014(06)
[3]Al0.66Ga0.34N日盲紫外光电探测器研究[J]. 姜文海,陈辰,周建军,李忠辉,董逊. 半导体技术. 2008(S1)
[4]TiO2纳米管制备及其应用研究进展[J]. 付敏,原鲜霞,马紫峰. 化工进展. 2005(01)
[5]纳米TiO2的光催化原理及其应用[J]. 任成军,李大成,周大利,刘恒,钟本和. 四川有色金属. 2004(02)
[6]紫外探测器及其研究进展[J]. 郝瑞亭,刘焕林. 光电子技术. 2004(02)
[7]纳米氧化钛光催化降解苯酚活性研究[J]. 郑珊,张青红,高濂,郭景坤. 贵金属. 2003(04)
[8]TiO2纳米管的制备与表征[J]. 王保玉,张景会,刘湛鋆. 精细化工. 2003(06)
[9]TiO2纳米管的模板法制备及表征[J]. 李晓红,张校刚,力虎林. 高等学校化学学报. 2001(01)
硕士论文
[1]用于紫外探测器的TiO2纳米管 阵列电极的制备与光电性能研究[D]. 刘旺.大连海事大学 2012
本文编号：2958570
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