基于自组装法制备二氧化钛薄膜及其在紫外探测中的应用

发布时间：2019-08-24 14:24

【摘要】： 本论文的主要工作包括自组装法制备纳米TiO_2薄膜以及验证和探讨基于自组装法制备的TiO_2纳米薄膜作为光伏型MSM结构紫外探测器基体材料的可能性,利用薄膜研制紫外探测器的原型器件,并进一步分析器件的性能指标。 首先利用自组装法制备了TiO_2薄膜材料,并采用各种表征手段对薄膜材料的性质进行了表征:利用X光衍射分析方法对所制备的TiO_2薄膜结构进行分析可知,TiO_2已经在石英玻璃衬底表面结晶,在25.3°处,存在一个尖锐的主峰,对应于锐钛矿相TiO_2的主峰,这说明已经我们利用自组装法制备的TiO_2薄膜为很好的锐钛矿晶型。通过紫外-可见光谱分析,可知用自组装法在石英玻璃衬底上生长的TiO_2薄膜在310nm附近有一个陡峭的吸收边,证明了这种方法制备的TiO_2薄膜在紫外光范围内有良好的吸收能力。由SEM图可以直观的看到,TiO_2薄膜表面均匀致密,质量非常好,适合制作紫外探测器的半导体基体薄膜。由XPS能谱分析,发现自组装法制备的TiO_2薄膜的钛氧比为1:1.84,晶格氧含量比溶胶凝胶法制备得到的TiO_2薄膜(钛氧比为1:1.24)提高了38.6%,这意味自组装法制备的薄膜氧缺陷更少,晶体更完整,成膜质量更优。 制作基于自组装法在石英衬底上生长TiO_2薄膜的紫外探测器。该器件的电极长度为2毫米,电极间的叉指宽度仅为20微米,叉指间距同样也仅为20微米,该器件的有效电极面积为0.38mm2。并对器件的光电特性进行了测试,由器件的I-V特性曲线可知,Au与TiO_2形成肖特基接触。由器件的光响应可知,当入射波长为400nm到350nm时,光响应曲线基本水平;从350nm开始,器件的光响应迅速增加,在310nm处形成陡峭的吸收边,与薄膜的紫外吸收谱基本相符;在260nm处,器件的响应度达到最大值,约为73.65A/W。对器件的响应时间图分析可知,缺陷较少的薄膜制作的器件响应时间得到很大的改善,上升响应时间约为3.66s,下降响应时间约为4.18s。
【图文】：

2薄膜的制备与表征图2.2 锐钛矿相TiO2的晶体结构相对其他晶相的TiO2，锐钛矿相具有更小的电子有效质量和更高的电子迁移率，在半导体方面有更大的应用潜力。对于半导体，光电性质决定于能带结构。锐钛矿相的TiO2的能带结构如图2.3所示。图2.3 锐钛矿相TiO2的能带结构当能量大于禁带宽度的紫外光照射在TiO2上，，能够产生光生载流子。由于带正电的空穴有很强的氧化性，能够将有机物氧化分解为二氧化碳和水，而有机物原来含有的卤、硫、磷和氮原子也被分别转化成为无毒性或者毒性较弱的无机盐，从而消除这些有机物原有的毒害性。因此锐钛矿相的TiO2可用于环境治理和医疗防治领域。在光催化研究领域，锐钛矿结构的研究要比金红石多，因为在光催化的应用中，通常锐钛矿结构比金红石结构有更高的活性，在工业催化、光气敏材料等方向有着更广阔的应用前景。8

半导体方面有更大的应用潜力。对于半导体，光电性质决定于能带结构。锐钛矿相的TiO2的能带结构如图2.3所示。图2.3 锐钛矿相TiO2的能带结构当能量大于禁带宽度的紫外光照射在TiO2上，能够产生光生载流子。由于带正电的空穴有很强的氧化性，能够将有机物氧化分解为二氧化碳和水，而有机物原来含有的卤、硫、磷和氮原子也被分别转化成为无毒性或者毒性较弱的无机盐，从而消除这些有机物原有的毒害性。因此锐钛矿相的TiO2可用于环境治理和医疗防治领域。在光催化研究领域，锐钛矿结构的研究要比金红石多，因为在光催化的应用中，通常锐钛矿结构比金红石结构有更高的活性，在工业催化、光气敏材料等方向有着更广阔的应用前景。8
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB383.1

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本文编号：2529022