基于ZnO纳米复合材料紫外光电探测器的制备与性能研究

发布时间：2020-07-03 00:01

【摘要】：ZnO作为重要的II-VI族直接宽禁带半导体材料之一,由于其特殊的禁带宽度的特性在许多领域有着巨大的发展应用前景,例如环境监测、医疗、生物、监测、军事通讯等方面有着成功的应用。不仅如此,ZnO具有其他许多优势,如原料获得容易且价格低廉,制备方法多种多样,具有良好的物理和化学稳定性,载流子的迁移率高,抗辐射能力好,能够在极端恶劣的条件也能保持良好的性能,并且对环境友好,相比于传统的光电倍增管和硅基紫外光探测器,ZnO作为第三代紫外光电探测主要材料之一,由于其良好的性能及多方面的优势使其能够有效地降低成本以及对贵重设备的依赖。为了获得光响应好,响应速度快的紫外光电探测器,本文从材料形貌选取和结构设计两方面入手,以ZnO为主要材料构建紫外光电探测器对其进行光电性能测试分析,通过水热法制备得到了不同形貌的ZnO,并进一步制备ZnO薄膜。此外,通过在ZnO薄膜引入g-C_3N_4量子点(QDs)和还原氧化石墨烯(rGO)形成异质结薄膜,在其异质结薄膜表面通过热蒸发制备电极,通过光电性能测试进一步研究其光电性能的变化,为进一步研究ZnO紫外光电探测器提供了实验参考。本文创新点以及主要研究成果如下:1.通过旋涂的方法在以Al_2O_3为基底材料的叉指电极上制备了的不同形貌的纳米ZnO薄膜,探索了不同形貌对ZnO光电性能的影响,得出了其不同形貌ZnO薄膜性能比较,其中ZnO纳米线性能最好,其次为ZnO纳米多孔球,而ZnO颗粒的性能最差。这主要是由于一维纳米线具有大的比表面积,并且载流子迁移速度更快。2.通过旋涂的方法在以柔性PI为基底材料的叉指电极上制备了ZnO纳米线薄膜,随后通过数次滴加g-C_3N_4 QDs溶液以旋涂方式制备得到异质结薄膜,最后通过热蒸发在异质结薄膜一侧制备电极构建了异质结光电探测器,通过光电性能测试比较,相对于纯ZnO纳米线,光响应率提高了将近10倍,并且响应速度也得到了明显提高,同时对于柔性器件也具有良好的性能稳定性。3.通过旋涂的方法在以柔性PI为基底材料的叉指电极上制备了ZnO纳米线薄膜,随后通过数次滴加还原氧化石墨烯(rGO)溶液以旋涂方式制备得到异质结薄膜,最后通过热蒸发在异质结薄膜一侧制备电极构建了异质结光电探测器,通过光电性能测试比较,相对于纯ZnO纳米线,光响应率提高了将近4.5倍,并且响应速度也得到了大幅度的提高,同时对于柔性器件也具有良好的性能稳定性。
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB33;TN23
【图文】：

示意图,肖特基,原理,示意图

由于热探测器在光照条件下的光响应速度缓慢并且对光谱无，拥有良好的光响应率以及在特定波段条件下的光电探测器成为紫择条件[21]。由于光照引起的光电效应分为内光电效应和外光电效主要分为：光伏型、光电导型、和光电子发射型探测器。探测器所根据的原理则为光生伏特效应，当一种半导体与另一种半接触后，两者之间会形成一个势垒区，在一定波长的光照条件下，光生电子空穴对则会移动到势垒区，会产生一个内部光生电动势探测器分为肖特基型、p-n／p-i-n 型、金属一半导体-金属型（M极管这几种。型探测器是由半导体材料与一个肖特基接触及一个欧姆接触组成会形成一个肖特基势垒，如图 1-1 所示。其具有良好的整流特性，和金属之间的功函数决定。半导体在一定波长的光照射下，半导体电子空穴对，在整流区域的作用下从而形成光电流，相比于金属一测器，肖特基型探测器具有暗电流低、所需外部电压低，光电流稳

示意图,原理,示意图,结电容

第 1 章绪论所示。半导体材料由于 p-n 结而形成一个内建电体材料中激发的光生电子空穴对在内建电场作用n 区移动和 P 区移动，通过外循环电路形成光电流为了获得更低的暗电流以及灵敏度高的紫外探测够有效的提高器件的响应速度，人们通过在两种层以有效的增大结区的宽度，这就是所谓的 p-引入高阻本征半导体层，但是由于 p-i-n 结型探工作原理是一样的，因此会使得结电容变小，当结电容会进步下降，因此在高频下 p-i-n 结型探得探测器只有不高的光响应电流，造成输出信器都具有较低的暗电流、较高的响应速度、在 0

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