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光探测器应用于现代社会的诸多领域,比如可见光摄像机、移动设备、车载系统、军事应用和安全领域。目前,光探测器是通过硅或III-V族化合物半导体制成的光电二极管和光电晶体管实现的。新应用的快速发展对光探测器件提出新的要求,传统半导体面临器件密集性和灵敏度难以提高的瓶颈。近年来出现的无机卤化物钙钛矿CsPbX_3(X=I,Br,Cl)纳米晶由于优异的光电性能备受研究人员关注。由于高的光吸收系数、高的迁移率(2290cm~2V~(-1)s~(-1))、光谱在可见光范围(400-700nm)连续可调,低温溶液制备,成本低于高温真空环境制备的传统半导体,CsPbX_3纳米晶在可见光探测领域具有很好的应用前景。不过,目前相关的研究还处于起步阶段。要将钙钛矿纳米晶光探测器应用于实际中,空气环境中长期稳定性还需要改善,光探测性能需要通过材料设计和器件设计进一步提高。本文通过配体辅助再沉淀(LARP)方法在空气环境中制备CsPbBr_3纳米晶并研究其可见光探测性能。通过不同原子位置的掺杂替换以及制备复合纳米材料来改善光探测器的基础性能(开关比、响应度、比探测率和响应时间)或长期稳定性,为之后开发能实际应用的钙钛矿纳米晶光探测器提供一点借鉴。主要研究结果如下:(1)CsPbBr_3纳米晶的制备和生长机理研究。采用LARP法制备了立方体CsPbBr_3纳米晶,晶粒的平均尺寸为18.8nm,荧光量子产率为85%;然后,通过改变配体浓度比例、反应原料比例、前驱体供应量和反应温度等参数,研究CsPbBr_3纳米晶的生长机理。结果表明:Pb~(2 )与配体的配合对纳米晶的生长影响很大。高浓度配体导致高的配位数,高配位数使得纳米粒子表面有更全面的钝化,从而阻止纳米晶的生长。CsPbBr_3单胞的定向附着主导着纳米晶的生长,单体定向附着先生成纳米片,纳米片继续生长成为纳米立方体。最后,通过在前驱体中加入不同的氢卤酸来调控CsPbBr_3纳米晶的尺寸和形貌。当加入HBr和HCl时,CsPbBr_3纳米晶由立方体变为量子点,随着酸浓度的增加,量子点尺寸减小,荧光峰随之蓝移;当加入HI时,CsPbBr_3纳米晶由立方体变为纳米片。(2)基于CsPbBr_3纳米晶制备CsPbBr_3纳米晶薄膜光探测器,并通过膜厚控制和后续热处理优化光探测性能。在Au叉指电极上旋涂CsPbBr_3纳米晶薄膜构建MSM型光探测器,响应度测试结果显示,CsPbBr_3纳米晶光探测器在蓝光波段有较高光响应。接着,研究了不同活性层厚度对光探测器性能的影响。结果表明,两次旋涂工艺制备的247nm厚的CsPbBr_3纳米晶薄膜有优化的光探测性能。最后,研究了退火温度对CsPbBr_3纳米晶薄膜光探测器性能的影响。结果显示,当退火温度为260°C时,CsPbBr_3纳米晶光探测器在450nm光照下的开关比为1474,响应度为7930mAW~(-1),比探测率为2.39×10~(11)Jones,响应时间为1/118ms。(3)基于优化的CsPbBr_3纳米晶光探测器,通过不同原子位置的掺杂改善长期稳定性和光探测性能。首先,采用LARP法制备了FAPbBr_3量子点。通过添加HBr对量子点的尺寸进行调控,FAPbBr_3量子点的平均直径从5.4nm减小到2.3nm,对应的荧光峰随之从531nm蓝移至446nm。然后,采用LARP法制备出混合阳离子Cs_xFA_(1-x)PbBr_3纳米晶。由于FA尺寸大于Cs,使得容许因子更接近1,Cs_xFA_(1-x)PbBr_3纳米晶具有更高的稳定性,因此热退火过程中产生的非辐射复合中心较少。测试结果表明,在450nm光照下,Cs_(0.84)FA_(0.16)PbBr_3纳米晶光探测器具有最优的光探测性能,开关比为3440,响应度为2.70×10~4mAW~(-1),比探测率为6.74×10~(11)Jones,响应时间为3/27ms。稳定性也得到提高,探测器在空气中放置两个月仍保有初始光电流的80%。最后,研究了Sb掺杂对CsPbBr_3纳米晶结构和性能的影响。Sb掺杂使CsPbBr_3纳米晶与Au的肖特基势垒提高,从而降低了CsPbBr_3纳米晶光探测器的暗电流,这对比探测率的提高非常重要。测试结果表明,当Sb掺杂浓度为3%时,Sb-CsPbBr_3纳米晶光探测器在450nm光照下的开关比为48062,响应度为1.41×10~4mAW~(-1),比探测率为1.82×10~(12)Jones,响应时间为7/30ms。(4)制备CsPbBr_3/rGO复合材料,通过促进光生载流子的分离提高光探测性能。首先,通过电解法制备氧化石墨烯(GO),然后通过Al对GO进行还原,制备了少数层、高质量的rGO。然后通过LARP法制备CsPbBr_3/rGO复合材料。测试结果表明,CsPbBr_3纳米片沿着rGO表面横向生长。CsPbBr_3与rGO形成化学键合,Pb-6p和Br-4p轨道可以与石墨烯的碳原子中未杂化的2p轨道重叠,使得光生载流子可以在CsPbBr_3与rGO界面更有效的传输,光生载流子的分离使得CsPbBr_3/rGO复合材料光探测性能提高。测试结果显示,0.005mgrGO添加量的CsPbBr_3/rGO复合材料光探测器光探测性能最优,在450nm光照下,其开关比为3745,响应度为2.95×10~4mAW~(-1),比探测率为7.34×10~(11)Jones,响应时间为1/29ms。