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低维ZnO异质结自供电紫外探测器的制备及其响应性能的研究

【摘要】:近年来,无论在国防军事还是民用领域,紫外探测技术都具有十分重要的作用。氧化锌(Zn O)作为一种重要的Ⅱ—Ⅵ族直接宽带隙半导体材料,室温下的禁带宽度为3.37e V,激子束缚能高达60me V,再加上Zn O具有价格低廉、制备简单、载流子迁移率高、热稳定性能好、化学性质稳定等优点,因而在紫外光探测领域具有广阔的应用前景,但目前许多文献报道的Zn O基紫外探测器存在响应率低、响应时间长、制备方法复杂等问题。本论文通过构筑异质结以及表面钝化作用,提高了基于氧化锌纳米棒(Zn O NRs)自供电紫外探测器的响应性能。主要研究内容如下:(1)采用磁控溅射法和水热法在ITO导电玻璃基底上制备Zn O NRs,利用SEM、XRD、EDS等表征手段对其形貌、结构、组成进行测试表征。研究了反应物浓度对Zn O NRs形貌的影响,结果表明,当Zn~(2+)浓度为0.025M时,Zn O NRs的生长质量最好,且棒与棒之间存在合适的空隙,这可以减少载流子传输过程中的复合,有利于载流子沿纳米棒方向的快速传输。(2)构筑Zn O NRs/PEDOT:PSS异质结器件,研究表明,该器件在紫外光照射的条件下可产生光伏效应,实现自供电紫外探测,无需外界电源。在0V偏压、365nm紫外光(0.8m W/cm~2)照射下,Zn O NRs/PEDOT:PSS异质结紫外探测器的光电流可以达到250n A,响应度为7.8m A/W,上升时间和衰减时间分别为1s、0.8s。(3)利用溶胶凝胶法在Zn O NRs上沉积Cu O层,构筑了Zn O NRs/Cu O/PEDOT:PSS异质结紫外探测器,探究了Cu O层厚度、光照强度、所加偏压等对器件性能的影响。研究发现,Zn O NRs/Cu O/PEDOT:PSS异质结紫外探测器具有良好的光响应特性,在0V偏压、365nm的紫外光(1m W/cm~2)照射下,该器件能够产生的光电流为~1.4μA,响应度为35m A/W,上升时间和衰减时间分别为1.1s、1.5s。(4)分别采用磁控溅射、溶胶凝胶法在Zn O NRs上沉积Ni O层,构筑了Zn O NRs/Ni O/PEDOT:PSS异质结紫外探测器,探究了影响器件光响应性能的因素。研究发现,Zn O NRs/Ni O/PEDOT:PSS异质结紫外探测器具有优异的光响应特性,在0V偏压、365nm的紫外光(1m W/cm~2)照射下,该探测器的光电流可以达到~2.2μA,响应度为55m A/W。

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