硒族化合物纳米结构及其光电器件
发布时间：2021-06-17 12:48
科技水平的迅速发展,对半导体技术的进步起到了极大的促进作用,而且人们生活水平的提高,对新功能器件和材料的需求也是日益迫切。半导体纳米材料以其在电子学和光学方面的独特性能而倍受青睐。因为在电磁学、光学、光电转换、及热学等多方面具有很大的应用前景,一维结构纳米线引起了研究者们浓厚的研究兴趣,因其具有高长径比,是一种很好的能量传递材料,通过合理组装可使其有效地应用于制造基于声子、电子、光子等粒子传递来实现功能应用的器件。硒族化合物是一类重要的功能材料,硒族化合物纳米材料更是现代材料学研究的热点,它具有一系列优异的物化特性,是一种重要的半导体光电材料,在光电功能器件和生物医学领域已引起越来越多的关注。相比于同族的氧化物和硫族化合物纳米材料,硒化合物纳米材料在一维纳米结构光电探测器方面的研究和应用相对滞后。硒化镉是Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体,室温下禁带宽度为1.74eV,与可见光波段具有很好的匹配,在光电探测器、太阳能电池、发光二极管、场效应晶体管等方面具有广阔的应用前景。本论文研究了垂直排列的硒化镉纳米线阵列的合成,以及以硒化镉为核芯的一系列核壳结构纳米线阵列在光电探测器中的应用。本文的主要研究内...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
致密薄膜、纳米颗粒薄膜和纳米线阵列薄膜结构的n型半导体中光吸收和电荷传输的比较[66]
渎饰?250～1200nm的硅纳米线阵列，为获得与相同厚度硅薄膜相当的光吸收，获得最大光吸收时最佳的d/P被预测为0.8。除裸硅纳米线阵列外，人们还对硅核壳纳米线阵列的光吸收特性进行了理论计算。对于径向p-n结硅纳米线阵列，严格的耦合波分析表明，采用半径为200nm、填充率为30%的20μm长的纳米线方形阵列可以获得接近完全的吸收[71]。使用同样的方法，Shen等人研究了c-Si/a-Si:H核壳纳米线阵列的光吸收，并预测分别与c-Si纳米线阵列和a-Si薄膜相比，核壳纳米线阵列单位体积材料的光电流增强系数分别为14%和345%[72]。图1-2周期性硅纳米线结构的模拟图。纳米线阵列是由直径d，线长度L，和正方形晶格的周期a来定义，而入射太阳辐射的方向被定义为天顶角θ和方位角φ[69]半导体纳米线阵列中的光吸收具有强烈的几何依赖性，这一点已被大量实验证实[73-76]。通常，在其他几何参数不变的情况下，更长的纳米线可以吸收更多的光子，因为有足够的光吸收路径和诱导多次散射的可能性。另一方面，增加纳米线的长度将增加表面复合的机会。研究表明光吸收增强和表面复合之间存在竞争关系，这为纳米线阵列光电器件的制造提供了指导原则[77]。许多研究表明，纳米线阵列的直径对调整其透射和反射至关重要。一种双直径锗纳米线阵列在300~900nm波长范围内表现出惊人的接近完全的吸光性。在这种结构中，小直径
慢，电子空穴复合几率高[80,81]。而用纳米线阵列取代纳米颗粒，发现由于能带传导传输，载流子收集效率提高了约100倍[82]。纳米线的横向尺寸通常低于载流子扩散长度，通过消除不必要的横向传输和由此产生的复合损耗，减少非辐射复合和载流子散射损耗，从而有利于载流子的收集[83,84]。由于核壳结构纳米线阵列组装的器件充分利用了光吸收和径向电荷收集方面的形貌特征，被认为是一种最佳的纳米线太阳能结构。除了降低对材料纯度的严格要求外，这种独特的结构还能够在保持相同/相当功率输出的同时使用更少的材料。如图图1-3所示[85]为具有n型核和p型壳的核壳纳米线阵列的示意图。图1-3径向核壳结构示意图。核壳结构纳米线阵列的设计，结合了两个优点：通过多次散射增强光吸收和通过抑制非辐射复合改善载流子收集[85]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Piezotronics and piezo-phototronics: fundamentals and applications[J]. ZhongLin Wang,Wenzhuo Wu. National Science Review. 2014(01)
[2]压电电子学和压电光电子学[J]. 王中林. 物理. 2010(08)
博士论文
[1]Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米管的可控生长及其在光电探测器中的应用[D]. 安钦伟.武汉大学 2018
[2]新型光电探测器的制备与机理研究[D]. 李凌亮.北京交通大学 2018
[3]二元及多元金属硫族化物的合成及其光电性能研究[D]. 曾亚萍.湖南大学 2013
[4]硫族半导体纳米晶的可控合成及光电性能应用[D]. 刘红梅.华南理工大学 2012
[5]一维半导体纳米材料制备、性能及辐射探测器件研究[D]. 李莹滢.南京航空航天大学 2009
本文编号：3235223
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
致密薄膜、纳米颗粒薄膜和纳米线阵列薄膜结构的n型半导体中光吸收和电荷传输的比较[66]
渎饰?250～1200nm的硅纳米线阵列，为获得与相同厚度硅薄膜相当的光吸收，获得最大光吸收时最佳的d/P被预测为0.8。除裸硅纳米线阵列外，人们还对硅核壳纳米线阵列的光吸收特性进行了理论计算。对于径向p-n结硅纳米线阵列，严格的耦合波分析表明，采用半径为200nm、填充率为30%的20μm长的纳米线方形阵列可以获得接近完全的吸收[71]。使用同样的方法，Shen等人研究了c-Si/a-Si:H核壳纳米线阵列的光吸收，并预测分别与c-Si纳米线阵列和a-Si薄膜相比，核壳纳米线阵列单位体积材料的光电流增强系数分别为14%和345%[72]。图1-2周期性硅纳米线结构的模拟图。纳米线阵列是由直径d，线长度L，和正方形晶格的周期a来定义，而入射太阳辐射的方向被定义为天顶角θ和方位角φ[69]半导体纳米线阵列中的光吸收具有强烈的几何依赖性，这一点已被大量实验证实[73-76]。通常，在其他几何参数不变的情况下，更长的纳米线可以吸收更多的光子，因为有足够的光吸收路径和诱导多次散射的可能性。另一方面，增加纳米线的长度将增加表面复合的机会。研究表明光吸收增强和表面复合之间存在竞争关系，这为纳米线阵列光电器件的制造提供了指导原则[77]。许多研究表明，纳米线阵列的直径对调整其透射和反射至关重要。一种双直径锗纳米线阵列在300~900nm波长范围内表现出惊人的接近完全的吸光性。在这种结构中，小直径
慢，电子空穴复合几率高[80,81]。而用纳米线阵列取代纳米颗粒，发现由于能带传导传输，载流子收集效率提高了约100倍[82]。纳米线的横向尺寸通常低于载流子扩散长度，通过消除不必要的横向传输和由此产生的复合损耗，减少非辐射复合和载流子散射损耗，从而有利于载流子的收集[83,84]。由于核壳结构纳米线阵列组装的器件充分利用了光吸收和径向电荷收集方面的形貌特征，被认为是一种最佳的纳米线太阳能结构。除了降低对材料纯度的严格要求外，这种独特的结构还能够在保持相同/相当功率输出的同时使用更少的材料。如图图1-3所示[85]为具有n型核和p型壳的核壳纳米线阵列的示意图。图1-3径向核壳结构示意图。核壳结构纳米线阵列的设计，结合了两个优点：通过多次散射增强光吸收和通过抑制非辐射复合改善载流子收集[85]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Piezotronics and piezo-phototronics: fundamentals and applications[J]. ZhongLin Wang,Wenzhuo Wu. National Science Review. 2014(01)
[2]压电电子学和压电光电子学[J]. 王中林. 物理. 2010(08)
博士论文
[1]Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米管的可控生长及其在光电探测器中的应用[D]. 安钦伟.武汉大学 2018
[2]新型光电探测器的制备与机理研究[D]. 李凌亮.北京交通大学 2018
[3]二元及多元金属硫族化物的合成及其光电性能研究[D]. 曾亚萍.湖南大学 2013
[4]硫族半导体纳米晶的可控合成及光电性能应用[D]. 刘红梅.华南理工大学 2012
[5]一维半导体纳米材料制备、性能及辐射探测器件研究[D]. 李莹滢.南京航空航天大学 2009
本文编号：3235223
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3235223.html
