有序排列TiO 2 、ZnO纳米管及其同轴异质纳米管的制备与光电特性研究
发布时间：2021-10-28 05:53
紫外探测器已经在各个领域都有广泛的应用,例如环境监测、医疗、生物、军事等。新型紫外探测器要求具有体积小、便于携带、易于加工、高的开关电流比、快的响应恢复时间和制造成本低等特点。而宽禁带金属氧化物半导体材料是很好的候选者。其原因是宽禁带材料本身不会吸收可见光,可以实现对紫外光的高效吸收。与窄带隙材料相比可以减少使用滤波器而节约成本。并且宽禁带金属氧化物半导体材料众多,如TiO2、ZnO、NiO、SiC、CaN等,这些材料具有稳定的物理化学性质引起了众多科研者的关注。本文的主要工作如下:1.首先通过静电纺丝法成功的合成了有序纳米线载体,然后通过控制脉冲激光沉积目标靶材的沉积时间制取了不同直径的PVP/Ti复合纳米线,沉积时间分别为6min、12min、18min和30min。然后在管式炉氧化烧结2小时即可得到不同壁厚的锐钛矿相TiO2纳米管。光电响应结果表明沉积18min的样品表现出了最大的光灵敏度的同时又具有快的响应恢复时间。2.通过上述方法成功制备了大面积有序排列的ZnO纳米管和金红石相TiO2纳米管,其中ZnO纳米管表...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
紫外分类光谱图
第1章绪论21.1.2紫外光电探测器的基本原理和简单分类图1.2紫外光电探测器的分类热探测器原理是利用光辐射的热效应，根据光辐照后吸收光使物体的表面温度急剧升高从而引起探测器电流/电压信号变化的装置。热探测器又可以分为热敏电阻探测器和热释电阻探测器。但由于其光灵敏度低，响应恢复时间长，无波长选择性，机械强度低等原因不利于大规模应用。光子型紫外光电探测器是根据光电效应的原理制成的，具体可以描述为当辐照的紫外光能量高于宽禁带半导体的实验带隙时就会在纳米材料的表面激发产生电子-空穴对，然后在外加电场的作用下电子-空穴会发生漂移或扩散进行电子空穴对的分离和传输，最后电子和空穴被相应电极的阳极和阴极所收集形成电流，表现为材料的电阻降低，从而达到对紫外光的检测。根据不同的工作原理光子探测器可以细化为以下三种类型，分别是光电导探测器、光伏探测器和光电子发射探测器。基于结构简单、易于控制和光电导增益较高等特点的光电导型紫外光电探测器而言，器件较大的暗电流和较慢的响应速度限制了其应用。其中光伏型探测器依据材料自身所形成的内建电场进行电子-空穴对的分离，并且光激发的电子空穴对远大于材料本身的具有的载流子浓度，所以光伏型探测器通常表现出高的光响应度和量子效率。在这个基础上又可以把光伏探测器划分为MSM型、肖特基型、p-n/p-i-n型和雪崩光电二极管四种类型。1.肖特基型紫外光电探测器肖特基结构是宽带隙半导体紫外探测器中常用的结构，它是一个肖特基二极管，由一个半透明的肖特基接触点和欧姆接触点所构成[4]，由于入射光会通过金属
第1章绪论7图1.3单个功能化ZnO纳米带光电探测器在光开和光关后的响应恢复曲线，右下角的插图是探测器的SEM图。Shen等人[32]在2013年报道了使用p-ZnO(Li,N)/n-ZnO结构制成自供电高光谱选择性的紫外光电探测器(PDs)，如图1.4所示。PDs可以在没有任何外部电源的情况下运行并且仅在非常窄的频谱范围内显示对光的响应。器件的自供电主要归因于pn结中的内建电场可以使光生电子空穴对分离，而高光谱选择性归因于ZnO(Li,N)层中中性区域的滤光作用。在室温下保存五个月后重新测量器件的紫外光响应可以得到探测器表现出了良好可重复性和稳定性。图1.4自供电紫外光电探测器在五个月内连续测试的光谱响应度Zhang等人[33]在2016年首先研究了如何通过铝掺杂ZnO（AZO）层薄膜影响ZnO纳米棒阵列（NRs）的形貌以及光学和电学性质，然后研究了基于Au/ZnO肖特基型和p-CuSCN/n-ZnONRs异质结型的紫外光电探测器的性能，如图1.5所示。性能结果表明0.5%Al掺杂的AZO薄膜比纯AZO薄膜和1%Al掺杂AZO薄膜具有更好的光响应性能。此现象可归因于AZO层良好的透光性，纳米棒的密度增加以及ZnONRs结晶度的提高。基于CuSCN/ZnONRs异质结型的紫外光电探测器在黑暗条件下表现出良好的整流特性，在低强度辐照条件下自供电的UV光响应特性具有出色的稳定性和可重复性。在没有外加偏压的情况下0.5%Al掺杂AZO薄膜对365nm的光谱响应度达到了22.5mA/W。同时p-CuSCN/n-ZnONRs异质结结
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子纺丝成形及纤维形态结构研究[J]. 肖长发. 高科技纤维与应用. 2003(01)
本文编号：3462368
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
紫外分类光谱图
第1章绪论21.1.2紫外光电探测器的基本原理和简单分类图1.2紫外光电探测器的分类热探测器原理是利用光辐射的热效应，根据光辐照后吸收光使物体的表面温度急剧升高从而引起探测器电流/电压信号变化的装置。热探测器又可以分为热敏电阻探测器和热释电阻探测器。但由于其光灵敏度低，响应恢复时间长，无波长选择性，机械强度低等原因不利于大规模应用。光子型紫外光电探测器是根据光电效应的原理制成的，具体可以描述为当辐照的紫外光能量高于宽禁带半导体的实验带隙时就会在纳米材料的表面激发产生电子-空穴对，然后在外加电场的作用下电子-空穴会发生漂移或扩散进行电子空穴对的分离和传输，最后电子和空穴被相应电极的阳极和阴极所收集形成电流，表现为材料的电阻降低，从而达到对紫外光的检测。根据不同的工作原理光子探测器可以细化为以下三种类型，分别是光电导探测器、光伏探测器和光电子发射探测器。基于结构简单、易于控制和光电导增益较高等特点的光电导型紫外光电探测器而言，器件较大的暗电流和较慢的响应速度限制了其应用。其中光伏型探测器依据材料自身所形成的内建电场进行电子-空穴对的分离，并且光激发的电子空穴对远大于材料本身的具有的载流子浓度，所以光伏型探测器通常表现出高的光响应度和量子效率。在这个基础上又可以把光伏探测器划分为MSM型、肖特基型、p-n/p-i-n型和雪崩光电二极管四种类型。1.肖特基型紫外光电探测器肖特基结构是宽带隙半导体紫外探测器中常用的结构，它是一个肖特基二极管，由一个半透明的肖特基接触点和欧姆接触点所构成[4]，由于入射光会通过金属
第1章绪论7图1.3单个功能化ZnO纳米带光电探测器在光开和光关后的响应恢复曲线，右下角的插图是探测器的SEM图。Shen等人[32]在2013年报道了使用p-ZnO(Li,N)/n-ZnO结构制成自供电高光谱选择性的紫外光电探测器(PDs)，如图1.4所示。PDs可以在没有任何外部电源的情况下运行并且仅在非常窄的频谱范围内显示对光的响应。器件的自供电主要归因于pn结中的内建电场可以使光生电子空穴对分离，而高光谱选择性归因于ZnO(Li,N)层中中性区域的滤光作用。在室温下保存五个月后重新测量器件的紫外光响应可以得到探测器表现出了良好可重复性和稳定性。图1.4自供电紫外光电探测器在五个月内连续测试的光谱响应度Zhang等人[33]在2016年首先研究了如何通过铝掺杂ZnO（AZO）层薄膜影响ZnO纳米棒阵列（NRs）的形貌以及光学和电学性质，然后研究了基于Au/ZnO肖特基型和p-CuSCN/n-ZnONRs异质结型的紫外光电探测器的性能，如图1.5所示。性能结果表明0.5%Al掺杂的AZO薄膜比纯AZO薄膜和1%Al掺杂AZO薄膜具有更好的光响应性能。此现象可归因于AZO层良好的透光性，纳米棒的密度增加以及ZnONRs结晶度的提高。基于CuSCN/ZnONRs异质结型的紫外光电探测器在黑暗条件下表现出良好的整流特性，在低强度辐照条件下自供电的UV光响应特性具有出色的稳定性和可重复性。在没有外加偏压的情况下0.5%Al掺杂AZO薄膜对365nm的光谱响应度达到了22.5mA/W。同时p-CuSCN/n-ZnONRs异质结结
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子纺丝成形及纤维形态结构研究[J]. 肖长发. 高科技纤维与应用. 2003(01)
本文编号：3462368
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