自驱动ZnO基透明可见光探测器

发布时间：2020-07-24 05:27

【摘要】：光电探测器,因其能够将光信号转换为电信号而在信号处理、显示等领域得到广泛应用。尤其是可见光探测器,在图像传感、激光通信、工业自动控制等领域有着广泛应用。在众多材料中,ZnO基材料因其原料丰富、价格低廉、易于制备等优点而备受光电探测器的青睐,然而,作为一种宽禁带(3.2-3.37 eV)半导体材料,ZnO基材料大多被应用于紫外光电探测器,该特性极大地限制了ZnO基材料的应用。为了拓展ZnO基材料的的光电响应范围,使其可应用于可见光探测领域,本文通过磁控溅射技术制得ZnO薄膜,并将其与p型材料Cu_2O进行复合,从而使其在可见光范围内实现光电响应,随后通过碳量子点、半导体CdS量子点以及贵金属等修饰手段进一步提高其光电响应能力。主要研究内容及成果如下:1、电子注入型Cu_2O/C QD/ZnO异质结的制备及其光敏性的研究采用磁控溅射技术、水热法和液相还原法分别制备出了ZnO薄膜、C QDs和Cu_2O,然后将C QDs和Cu_2O引入ZnO薄膜表面,从而制备了电子注入型Cu_2O/C QD/ZnO结构的透明光敏薄膜,并对该薄膜的透光性与光敏性进行了研究。通过研究表明,C QDs和Cu_2O与ZnO薄膜结合良好,相较于未改性的薄膜,该薄膜的光敏性展现出明显的提高,其主要原因为Cu_2O/ZnO的p-n结结构以及C QDs的上转换荧光性能。2、Ag改性的Cu_2O/ZnO异质结透明器件的制备及其光电转换性能的研究通过简单的磁控溅射技术制备了Ag改性的Cu_2O/ZnO结构的p-n结型透明薄膜,并对该薄膜的透光性与光电转换性能进行了研究。通过研究可知,与未修饰的异质结相比,该薄膜具有明显的光电转换增强作用(其光电转换效率为0.48%,是未修饰异质结的10倍)。通过分析发现,该薄膜的光电转换性能的增强主要是由于Cu_2O/ZnO的pn结结构和Ag纳米颗粒作为光电子的供体及其表面增强等离子体吸收性能。3、CdS QDs敏化Cu_2O/ZnO异质结透明器件的制备及光电转换性能的研究采用磁控溅射技术、水热法和循环离子吸附法分步制备了CdS QDs敏化的Cu_2O/ZnO结构的透明薄膜,并对该薄膜的透光性与光电转换性能进行了研究。研究表明,相较于未修饰的异质结,CdS QDs敏化的异质结对于可见光的光电转换性能有了明显的提高,其主要原因为CdS QDs对于可见光的充分利用,阶梯状的能带结构能够有效降低电子-空穴的复合,以及有序ZnO纳米阵列可以提高光能利用率,从而提高该薄膜的光电转换性能。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH74
【图文】：

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图 1.2 不同类型半导体光电探测器的原理图结构[28]Fig. 1.2 Schematic structure of the different types of semiconductor photodetector[31]光电导型探测器光电导型探测器是一种基于光电导效应的光探测器。如图 1.3 所示，半导体两端接触电极，工作时器件两端需施加电压。没有光照时，探测器相当于一个阻值较，当半导体受到光照时，半导体内部会产生大量的光生电子-空穴对，从而改变半电率。光电导型探测器结构简单，具有较高的光增益，然而其暗电流较大，且对速度较慢[34-35]，因而适用范围有限。半导体材料能否实现光电导主要取决于其禁只有波长小于波长极限的光照射到探测器上，才会产生光生电子-空穴对，从而使器的电导率增加。

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图 1.2 不同类型半导体光电探测器的原理图结构[28]. 1.2 Schematic structure of the different types of semiconductor photodetec探测器探测器是一种基于光电导效应的光探测器。如图 1.3 所示，半，工作时器件两端需施加电压。没有光照时，探测器相当于一体受到光照时，半导体内部会产生大量的光生电子-空穴对，从电导型探测器结构简单，具有较高的光增益，然而其暗电流较[34-35]，因而适用范围有限。半导体材料能否实现光电导主要取小于波长极限的光照射到探测器上，才会产生光生电子-空穴对率增加。

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学位论文自驱动 ZnO 基器是由功函数不同的金属和半导体接触形成的，具有一定的功函数较大的金属与半导体接触后，半导体内的自由电子表面原有的电中性被破坏，从而在金属与半导体之间形成势垒区直接产生载流子。因此，肖特基型探测器器具有较较短的响应时间等优点。然而对于肖特基接触，其表面态流子的复合效率很快，在一定程度上限制了肖特基型探测

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