【摘 要】
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基于非色散红外（Non-Dispersive Infrared,NDIR）吸收原理的红外气体传感器具有响应速度快、高选择性、非接触性探测、寿命长及在使用过程中不需要频繁的校准等优点,在气体传感领域具有较好的发展前景与应用需求。胶体量子点具有量子效应显著、物化特性易于调控和可溶液加工等特点,适于构建高灵敏、低成本、室温红外探测器。本文以PbS量子点作为研究对象,研究胶体量子点光电探测器的制备,系统研
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基于非色散红外（Non-Dispersive Infrared,NDIR）吸收原理的红外气体传感器具有响应速度快、高选择性、非接触性探测、寿命长及在使用过程中不需要频繁的校准等优点,在气体传感领域具有较好的发展前景与应用需求。胶体量子点具有量子效应显著、物化特性易于调控和可溶液加工等特点,适于构建高灵敏、低成本、室温红外探测器。本文以PbS量子点作为研究对象,研究胶体量子点光电探测器的制备,系统研究PbS胶体量子点薄膜光电特性与导电机理,最终在红外NDIR测试系统验证PbS量子点光电探测器性能,实现PbS量子点器件在红外气体传感器上的应用。首先,分别采用热注入法和阳离子交换法合成了PbS胶体量子点,结合混合卤素溶液级配体置换处理、旋涂成膜和原位退火工艺,制备出平整、致密的PbS胶体量子点薄膜。结合多种表征手段分析表明,阳离子交换法合成的PbS胶体量子点具有更高的峰谷比和均一性,且配体置换效果更优。其次,通过两种PbS胶体量子点薄膜光电导器件性能的对比分析,研究了影响探测器性能的微观机制。分析认为光响应度与氧化态（Pb-SOx）陷阱中心的能级深度成正相关,阳离子交换法合成的PbS量子点具有更深的氧化态陷阱（0.32eV）,光响应度更高,在1550nm红外LED照射下,光响应度和比探测率分别达509.6mA/W和1.41×1011 Jones。最后,采用优化后的PbS胶体量子点合成与薄膜制备工艺,制备出TO封装红外探测器,在NDIR气体传感测试系统进行验证。研究结果表明,在直流测试下10000ppm的CH4和NH3引起的PbS量子点探测器电流变化分别为2nA和0.5nA。进一步通过差值电流测试的方式优化测试条件,不同浓度CH4气体（10000ppm、5000ppm、2000ppm以及1000ppm）引起的电流变化分别为4.57nA、1.98nA、0.77nA以及0.4nA。拟合计算出对CH4的理论检测限为352ppm,展现出胶体量子点光电探测器应用于红外气体传感的潜力。
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