CdS一维纳米结构的制备及其光电性能研究
发布时间：2021-03-07 07:10
半导体一维纳米材料因其独特的光电特性,近年来吸引了科学家们广泛的关注。由于其在电子、热电、光电乃至能源等领域所展现出来的重要潜力,使得一维半导体材料的制备与器件应用成为当今纳米研究中的一个热点。硫化镉（CdS）是典型的II-VI族直接带隙半导体材料,室温下其禁带宽度为2.42 eV,具有优异的光电转换特性。CdS是高灵敏度的n型光电器件材料,同时也是良好的压电器件材料,在传感器、发光二极管、太阳能电池和光电探测器等领域有着广泛的应用。通过对半导体的掺杂可以调控材料的物理性质。本文通过热蒸发法,分别制备出了纯CdS和掺锗的CdS一维纳米结构。并且制备出了基于CdS一维纳米结构的高性能光电探测器。以及探讨了掺锗对CdS光电导性能有哪些影响。主要结论如下:1.光电导测试数据显示,基于纯CdS微纳米带的探测器对500 nm左右的可见光具有非常高和稳定的光谱响应,对红外和紫外光也具有一定的响应。另外,该探测器具有快速响应和恢复的能力。对500 nm可见光,在1 V直流电压时开关比很大,高达2528,而响应时间仅需0.56 s,衰减时间为0.31 s,光导增益为5.9×104。在10 V直流电压下...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种形貌的CdS纳米材料[37-39]
图 1.2 基于一维纳米半导体结构和设备的发展历程[75]Fig.1.2 Research roadmap on 1D semiconductor nanostructures and devices.由图 1.2 可知，最开始人们的研究都是在单一的纳米材料，随着人们的研究，复合器件的研究成为重点。相比于单一的纳米材料，复合器件能够弥补单一材料的不足，综合各种材料的优势，发挥最大的效益。1.5.2光电探测器的类型1.5.2.1 光电导型现阶段，在研究中常用的是光电导型的光电探测器，原理是将光转换为电信号，当入射光能量高于禁带宽度，电子将获得能量，从而跃迁形成光生电子-空穴对。伴随着其逐渐增多，光电流变大，从而光电导也随之变大。由于不同的半导体材料的带隙不同，需要的激发能量也就不一样，可以吸收的光也就不一样。由此可以分为红外探测器、可见光探测器以及紫外探测器。(1) 基于单根一维纳米结构随着工艺技术的提高，基于一维纳米结构的光电探测器已经得到了广泛研究。基于一维纳米材料的光电探测器的结构图如图 1.3 所示。我们以单根 ZnO
的氧负离子结合，释放出氧。由此可见，在紫外光照射下，基于 ZnO 纳米线的光电探测器的光电导得到了明显的提高。由此可知，基于单根 ZnO 纳米线的光电探测器在紫外光的环境中有较好性能。此外，CdS[77]、Zn3P2[78]、Ge[79]、Bi2S3[80]等一维无机纳米线光电探测器，由于它们的禁带宽度各不相同，因此对不同的光具有光探测性能。同时，人们并不仅仅局限在无机半导体，对有机半导体和聚合物纳米线制备而成的光电探测器也进行了研究。发现它们也都具有良好的光电探测性能。图 1.3 纳米光电探测器结构图，其中 1 是 Kapton 薄膜基底，2 是微纳米材料，3 是金属电极，4 是铜导线Fig1.3 Structure of the nano photoelectric detector device.1：Kapton plastic substrate, 2:micro/nanowire,3: metal electrodes, 4：copper wire2134
【参考文献】：
期刊论文
[1]多层石墨烯纳米带光电探测器理论与性能分析[J]. 刘海月,牛燕雄,尹贻恒,丁铭,杨碧瑶,刘帅. 光谱学与光谱分析. 2016(12)
[2]CdS/石墨烯纳米复合物的可见光催化效率和抗光腐蚀行为（英文）[J]. 严佳佳,王坤,许晖,钱静,刘巍,杨兴旺,李华明. 催化学报. 2013(10)
[3]CdS/CdTe薄膜太阳电池的深能级瞬态谱和光致发光研究[J]. 黎兵,刘才,冯良桓,张静全,郑家贵,蔡亚平,蔡伟,武莉莉,李卫,雷智,曾广根,夏庚培. 物理学报. 2009(03)
[4]化学水浴法制备大面积CdS薄膜及其光伏应用[J]. 蔡亚平,李卫,冯良桓,黎兵,蔡伟,雷智,张静全,武莉莉,郑家贵. 物理学报. 2009(01)
[5]基于特殊形貌CdS纳米颗粒修饰的DNA传感器在DNA杂交信号检测中的应用[J]. 夏青,刘锦淮. 传感技术学报. 2008(08)
[6]硫化镉纳米粒子的合成及荧光猝灭法测定Cu2+的初步研究[J]. 刘迪,程伟青,严拯宇. 分析化学. 2007(06)
[7]Synthesis of single crystalline CdS nanowires with polyethylene glycol 400 as inducing template[J]. 徐国跃,王函,程传伟,张海黔,曹洁明,姬广斌. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2006(01)
[8]量子点发光材料及其在照明光源器件中的应用[J]. 崔一平,韩旭东,王著元,张家雨. 照明工程学报. 2005(01)
[9]低温固相反应法合成水分散性CdS纳米晶[J]. 张俊松,马娟,周益明,李邨. 无机化学学报. 2005(02)
[10]水热合成CdS纳米晶体的形貌控制研究[J]. 聂秋林,袁求理,徐铸德,陈卫祥. 物理化学学报. 2003(12)
本文编号：3068619
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种形貌的CdS纳米材料[37-39]
图 1.2 基于一维纳米半导体结构和设备的发展历程[75]Fig.1.2 Research roadmap on 1D semiconductor nanostructures and devices.由图 1.2 可知，最开始人们的研究都是在单一的纳米材料，随着人们的研究，复合器件的研究成为重点。相比于单一的纳米材料，复合器件能够弥补单一材料的不足，综合各种材料的优势，发挥最大的效益。1.5.2光电探测器的类型1.5.2.1 光电导型现阶段，在研究中常用的是光电导型的光电探测器，原理是将光转换为电信号，当入射光能量高于禁带宽度，电子将获得能量，从而跃迁形成光生电子-空穴对。伴随着其逐渐增多，光电流变大，从而光电导也随之变大。由于不同的半导体材料的带隙不同，需要的激发能量也就不一样，可以吸收的光也就不一样。由此可以分为红外探测器、可见光探测器以及紫外探测器。(1) 基于单根一维纳米结构随着工艺技术的提高，基于一维纳米结构的光电探测器已经得到了广泛研究。基于一维纳米材料的光电探测器的结构图如图 1.3 所示。我们以单根 ZnO
的氧负离子结合，释放出氧。由此可见，在紫外光照射下，基于 ZnO 纳米线的光电探测器的光电导得到了明显的提高。由此可知，基于单根 ZnO 纳米线的光电探测器在紫外光的环境中有较好性能。此外，CdS[77]、Zn3P2[78]、Ge[79]、Bi2S3[80]等一维无机纳米线光电探测器，由于它们的禁带宽度各不相同，因此对不同的光具有光探测性能。同时，人们并不仅仅局限在无机半导体，对有机半导体和聚合物纳米线制备而成的光电探测器也进行了研究。发现它们也都具有良好的光电探测性能。图 1.3 纳米光电探测器结构图，其中 1 是 Kapton 薄膜基底，2 是微纳米材料，3 是金属电极，4 是铜导线Fig1.3 Structure of the nano photoelectric detector device.1：Kapton plastic substrate, 2:micro/nanowire,3: metal electrodes, 4：copper wire2134
【参考文献】：
期刊论文
[1]多层石墨烯纳米带光电探测器理论与性能分析[J]. 刘海月,牛燕雄,尹贻恒,丁铭,杨碧瑶,刘帅. 光谱学与光谱分析. 2016(12)
[2]CdS/石墨烯纳米复合物的可见光催化效率和抗光腐蚀行为（英文）[J]. 严佳佳,王坤,许晖,钱静,刘巍,杨兴旺,李华明. 催化学报. 2013(10)
[3]CdS/CdTe薄膜太阳电池的深能级瞬态谱和光致发光研究[J]. 黎兵,刘才,冯良桓,张静全,郑家贵,蔡亚平,蔡伟,武莉莉,李卫,雷智,曾广根,夏庚培. 物理学报. 2009(03)
[4]化学水浴法制备大面积CdS薄膜及其光伏应用[J]. 蔡亚平,李卫,冯良桓,黎兵,蔡伟,雷智,张静全,武莉莉,郑家贵. 物理学报. 2009(01)
[5]基于特殊形貌CdS纳米颗粒修饰的DNA传感器在DNA杂交信号检测中的应用[J]. 夏青,刘锦淮. 传感技术学报. 2008(08)
[6]硫化镉纳米粒子的合成及荧光猝灭法测定Cu2+的初步研究[J]. 刘迪,程伟青,严拯宇. 分析化学. 2007(06)
[7]Synthesis of single crystalline CdS nanowires with polyethylene glycol 400 as inducing template[J]. 徐国跃,王函,程传伟,张海黔,曹洁明,姬广斌. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2006(01)
[8]量子点发光材料及其在照明光源器件中的应用[J]. 崔一平,韩旭东,王著元,张家雨. 照明工程学报. 2005(01)
[9]低温固相反应法合成水分散性CdS纳米晶[J]. 张俊松,马娟,周益明,李邨. 无机化学学报. 2005(02)
[10]水热合成CdS纳米晶体的形貌控制研究[J]. 聂秋林,袁求理,徐铸德,陈卫祥. 物理化学学报. 2003(12)
本文编号：3068619
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