【摘 要】
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紫外光电探测技术已广泛应用于军事和民用领域,例如导弹制导、火灾监测、生物医学等方面。目前常用于紫外探测器的半导体材料有Zn O、Ga2O3、Si C、Ga N和TiO2等,其中TiO2材料因其化学惰性、制造成本低、环境友好、紫外吸收系数高等诸多优点,在构建高性能紫外探测器方面被广泛应用。由于TiO2纳米颗粒中光生载流子的迁移率低、复合率高,导致器件的光电流较低,因此近年来通常采用由一维TiO2纳米
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紫外光电探测技术已广泛应用于军事和民用领域,例如导弹制导、火灾监测、生物医学等方面。目前常用于紫外探测器的半导体材料有Zn O、Ga2O3、Si C、Ga N和TiO2等,其中TiO2材料因其化学惰性、制造成本低、环境友好、紫外吸收系数高等诸多优点,在构建高性能紫外探测器方面被广泛应用。由于TiO2纳米颗粒中光生载流子的迁移率低、复合率高,导致器件的光电流较低,因此近年来通常采用由一维TiO2纳米结构（纳米线、纳米管等）集成的三维阵列（NAs）来构建高性能的紫外光电探测器。但是,由TiO2纳米阵列制备的器件却存在响应速度慢的问题,严重限制了其实际应用。为了提高TiO2阵列器件的响应速度,本论文采用水热法制备了“树状”纳米阵列（纳米树）,使用材料复合和制备异质结的方法对单一TiO2纳米阵列进行改性,并通过对器件结构进行优化从而达到提高探测器性能的目的。本文的研究内容和主要结论如下:（1）研究了不同生长条件对TiO2纳米树阵列结构和光电性能的影响。采用水热法制备了不同生长温度和退火温度下的锐钛矿相TiO2纳米阵列,通过对样品材料结构和光电性能的表征和比较,得到了180℃水热和500℃退火为单一TiO2阵列器件的最优生长条件,此条件下的器件具有较大的开关比及较快的响应速度。（2）研究了SiO2介电层对TiO2纳米阵列结构和光电性能的影响。采用旋涂法对TiO2阵列复合SiO2制备了复合器件,经过优化,得到了在-5 V偏压下有较快响应速度（1.13 s/0.75 s）的高性能器件。分析其原因主要是由于SiO2层的存在拓宽了TiO2表面的损耗层,增加了光生载流子的损失率,从而减少了器件的响应时间。（3）研究了NiO层的位置对TiO2纳米阵列光电探测器性能的影响。分别采用旋涂法和电沉积法制备了两种不同结构的NiO/TiO2复合器件,通过对比发现,NiO层在底部的器件具有更低的暗电流、较大的开关比和较快的光响应速度（0.1 s）,同时具有自供能效应。这主要是由于沉积在FTO基板上的致密而均匀的NiO层不仅具有更大的均匀性和稳定性,还可以与TiO2形成内建电场。（4）研究了NiO/SiO2/TiO2复合（NST）器件的制备工艺和光电性能。结合电沉积法、旋涂法和水热法,在NiO/TiO2复合器件中插入SiO2层,获得了可在高电压下工作的器件。器件在-40 V电压下依旧有极小的暗电流（0.29μA）和较高的响应度(R365=1.745 A/W),同时响应速度也达到了毫秒级（2.91/0.95 s）。主要是因为施加反向偏压及插入SiO2层拓宽了半导体体系的空间电荷区,从而抑制了电流的产生。综上,本文通过对TiO2纳米阵列紫外光电探测器进行复合改性,获得了具有较低暗电流、较快响应速度、能够自供能以及可以适应较高工作电压的高性能紫外光电探测器,为推动其未来的实用化奠定了一定基础。
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