金属硫族化合物超薄纳米结构的控制合成及光电性能研究

发布时间：2017-12-17 09:15

  本文关键词：金属硫族化合物超薄纳米结构的控制合成及光电性能研究

  更多相关文章： 金属硫族化合物 光电探测器 光响应 Z扫描 非线性光学 非线性折射 光限幅 反饱和吸收 饱和吸收

【摘要】：自从2004年石墨烯的出现,引起了研究者对一些类石墨烯纳米材料的关注,包括h-BN,过渡金属硫族化合物,过渡金属氧化物以及黑磷等,由于其特殊的结构特征,使它们具有了尺寸效应、量子效应、以及结构上的特异性吸引着科研人员不断发现这一类新材料拥有的独特的物理和化学性质,光电性能便是其中之一。本文将研究包括二硫化锡(SnS_2),二硒化锡(SnSe_2),三硫化锆(ZrS_3),三硒化锆(ZrSe_3)等超薄半导体材料的控制合成及光学、电学性质,采用液相法合成二维的锡基硫属化合物(SnX_2),固相法制备一维的ZrS_3和ZrSe_3纳米带,然后通过微纳加工技术组装SnS_2的光电探测器,并进行了光电性能的测试,同时利用Z扫描技术对这四种金属硫族化合物的分散系进行了非线性光学性能的测试,具体概括如下:1.采用简单的超声化学法,通过调控反应时间成功合成了超薄二硫化锡纳米片,并对其形貌、成分、结构与厚度进行了表征。同时,基于所合成的SnS_2纳米片在Si/SiO_2基底上利用微加工技术组装光电探测器。测试结果表明,该器件对254-980 nm波段的光都具有光响应,尤其对532nm的光响应最好,且器件具有良好的可重复性和稳定性。通过测量,在光功率为19.3mW/cm2的532nm激光照射下,光开关电流比为8.7,光响应为0.65mA/W,器件的响应时间小于0.36秒。此外,我们还研究了器件在不同工作环境下的光电性能,表明器件在真空条件下表现出更优的光电性能。2.采用溶剂热法和水热法分别合成SnS_2纳米片和SnSe_2六方纳米片,通过XRD,SEM,TEM,紫外可见吸收光谱分别对其形貌,结构和光学特性进行了表征。然后采用开孔Z扫描技术分别测试在纳秒和皮秒激光脉冲下这两种化合物分散系的非线性吸收性能及光限幅性质,探究入射能量下对非线性吸收性能的影响。结果表明两种化合物在低能量下呈现饱和吸收行为,随着能量的增加出现反饱和吸收响应,入射能量越大,非线性吸收性能越强,在皮秒脉冲激光下SnS_2呈现反饱和吸收响应,SnSe_2呈现饱和吸收响应,此外,光限幅实验测得SnS_2的光限阈值为0.23 J/cm~2,较小的光限阈值使得在开发光电子器件有很重要的意义,比如制作人眼防护器材或者敏感元件的防护器材。SnSe_2表现出饱和吸收性能,可以用来制成激光锁模元件,应用于光纤激光器中。3.采用化学气相传输法合成ZrS_3和ZrSe_3纳米带,利用单束Z扫描技术在波长为532nm处研究了两种化合物分散系的三阶非线性光学性能,以及探究了ZrS_3与石墨烯混合的复合物的非线性吸收性能,同时探究了溶剂对ZrSe_3非线性光学性能的影响,以及皮秒激光脉冲下的光限幅性能,实验结果表明两种化合物在纳秒激光脉冲下呈现反饱和吸收响应,通过掺杂石墨烯可以有效地增强ZrS_3的非线性吸收性能,不同溶剂下ZrSe_3的非线性光学性能不同,这主要是因为线性吸收和局域场纠正因子的不同。另外,光限幅实验测得ZrSe_3的光限阈值为2.2 J/cm~2。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O613.51;TB383.1

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