半导体异质结光生载流子分离增强机制及光电性能研究

发布时间：2020-08-18 13:11

【摘要】：异质结是由两种不同的半导体材料接触所形成的过渡区域,利用异质结制作的光电探测器、应变传感器、激光器、电致发光二极管等,比用同质结制作的同类元件的性能优越。石墨烯是由碳原子构成的二维单层片状结构的新材料,因具有一些独特的理化性质如高的载流子迁移率、双极化电场效应、反常量子霍尔效应、紫外可见区高的透射率等被广泛应用于场效应晶体管、纳米器件、自旋器件、超级电容器、透明导电电极、储氢材料和储能材料等诸多领域。一维二氧化钛纳米材料,尤其是二氧化钛纳米管是一种重要的宽禁带半导体金属氧化物,它具有优良的物理和化学性能,如高比表面积,高速的电子传输通道、良好的光吸收、低成本和稳定的化学性质等被广泛应用于生物医学、太阳能电池、光电探测、气体检测、光催件降解污染物等领域。本文主要以石墨烯/硅异质结和基于TiO_2纳米管的异质结的制备及其光电性能的研究为核心内容。首先,将石墨烯薄膜转移到硅基底上来制作石墨烯/硅异质结,测试了石墨烯/硅异质结的光伏性能。利用浓硝酸和浓盐酸对石墨烯进行处理并对处理之后的石墨烯/硅异质结进行光伏性能的测试。结果表明,石墨烯/硅异质结具有明显的光伏性能,经过浓硝酸和浓盐酸处理之后其光伏性能有一定的提升。其次,我们在钛片表面通过电化学阳极氧化的方法合成了高度有序的TiO_2纳米管阵列结构,接着通过简单的电化学沉积方法成功地将NiO纳米颗粒沉积到TiO_2纳米管的表面上形成NiO/TiO_2纳米管异质结,并研究了NiO/TiO_2纳米管的紫外探测性能。结果表明NiO/TiO_2纳米管在1 V偏压下光照强度为0.033 mW/cm~2条件下的响应度,EQE和光电流密度分别为0.51 A/W,169.8%和0.102 mA/cm~2。在NiO/TiO_2纳米管的基础上我们采用电化学还原H_2PtCl_6的方法沉积了Pt金属颗粒,并研究了Pt/NiO/TiO_2纳米管的紫外探测性能。最后,我们分别采用化学还原Ag NO_3的方法和电化学还原H_2PtCl_6的方法在TiO_2纳米管中均匀沉积了Ag和Pt纳米颗粒形成Ag/TiO_2纳米管和Pt/TiO_2纳米管异质结,并研究了它们的紫外探测性能。测试实验结果表明:Ag/TiO_2纳米管在1 V偏压和光照强度为1.04 m W/cm~2的375 nm的紫外光照射下,其光电流密度可达0.312 m A/cm~2,响应度为0.21 A/W,外量子效率(EQE)为70.8%。此外Pt/TiO_2纳米管在1 V偏压和光照强度为1.37mW/cm~2的375 nm紫外光照射下,其光电流为0.212 m A/cm~2,响应度为0.015 A/W,外量子效率(EQE)为5.11%。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O472
【图文】：

氧化锌,模板,方法,手段

制备方法TiO2纳米管的方法有很多种，主要包括水热合成法面对这些方法做简单的介绍。就是首先通过化学或者物理的方法在模板上制造出貌或者尺寸，然后在通过一定的手段将原材料的前最后再运用一定的手段将模板出去，保留所需材料Qiu[27]等人于 2006 年采用模板法制备了 TiO2纳米者首先通过定向生长氧化锌基体表面上形成氧化锌到含有 TiO2的胶体溶剂中，这样经过一段时间 Ti一层紧密包裹着氧化锌纳米柱的薄膜，最后通过化蚀掉，即得到了有序的 TiO2纳米阵列。虽然利用模2纳米阵列结构，但这种方法需要消耗大量的成本，，TiO2纳米管的结构在去除模板基底的过程中很容

水热法制备,二氧化钛溶胶,太原理工大学,学位论文

太原理工大学硕士研究生学位论文O2纳米管的方法。Ranjitha[28]等于 2015 年氧化钛纳米管管径和管长分别为 11.23 n钛的前驱体，利用无水乙醇将 0.1 M 的乙钛溶胶。接着向二氧化钛溶胶中加入 10 M反应釜中，反应温度控制在 150℃，反应时钛沉淀进行过滤，并煅烧 1 h 就可以得到 500℃。

阳极氧化法,合成阵列

图 1-3 阳极氧化法制备 TiO2纳米管原理图[30]Fig.1-3 Schematic diagram of anodic oxidation method[30]图 1-3 是 Macak 等人于 2007 年采用阳极氧化法制备 TiO2纳米管（a）图是反应装置图。Changsong Chen[12]等人采用阳极氧化法制备出阵列的 SEM 图如图 1-4 所示，从图中我们可以看到，阳极氧化法合成阵列具有极高的有序度，十分均匀的管径，且纳米管薄膜平整度较高。

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