【摘 要】
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光电探测器已经应用于环境监控,空间探测,军事预警和化学分析等多个领域。对于新型光电探测器,可以选择性吸收和检测紫外线的光电探测器成为现阶段热门。这种紫外光电探测器需要有易于携带,工艺简单,价格低廉,响应速度快以及自供电等优势。基于以上考虑,拥有宽带隙的二元金属氧化物半导体在紫外光电探测器中得到了广泛的研究和应用。与传统材料相比,宽带隙材料可以减少可见光以及红外光对紫外光响应的影响,且不需要滤光器。
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光电探测器已经应用于环境监控,空间探测,军事预警和化学分析等多个领域。对于新型光电探测器,可以选择性吸收和检测紫外线的光电探测器成为现阶段热门。这种紫外光电探测器需要有易于携带,工艺简单,价格低廉,响应速度快以及自供电等优势。基于以上考虑,拥有宽带隙的二元金属氧化物半导体在紫外光电探测器中得到了广泛的研究和应用。与传统材料相比,宽带隙材料可以减少可见光以及红外光对紫外光响应的影响,且不需要滤光器。纤锌矿结构的Zn O和锐钛矿结构的Ti O2作为宽带隙半导体中禁带宽度最为合适的两种材料,分别拥有3.37 e V和3.21 e V的禁带宽度,并都具有化学稳定性良好、载流子迁移率高以及光电转换效率高等优点。但是作为宽带隙半导体,其天然缺陷导致这两种材料均为n型半导体,并且很难进行改性。另外以这两种材料制备的紫外光电探测器仍存在响应速度较慢,需要高压驱动以及制备方法复杂等问题。现在最需要的是寻找一种与Zn O和Ti O2能级带隙匹配的材料与这两种材料复合形成稳定的p型复合材料。多酸是一类具有类半导体特性和丰富结构及元素组成的纳米级尺寸的金属氧化物团簇。首先,多酸具有可调节的能级带隙。其次,多酸具有良好的光吸收性能。最后,多酸与半导体材料复合时,分离光生载流子,增强电子传输。多酸的特性十分符合之前的需求,因此可以将多酸与Zn O或Ti O2进行复合。基于以上考虑,将多酸引入以纤锌矿结构的Zn O和锐钛矿结构的Ti O2为基础的光电探测器中,多酸修饰的复合材料都表现出p型半导体的特性,并且提高了材料对于紫外光的吸光度,以此制备的紫外光电探测器表现出良好的工作性能。具体工作如下:1.通过多酸修饰的电纺Zn O纳米纤维阵列制备了自供电的紫外光电探测器。器件的顶层是多酸修饰的Zn O纳米纤维,通过莫特-肖特基曲线证明复合材料为p型半导体,紫外-可见吸收光谱证明紫外光吸收度增加约36.9%。器件的底层是纯Zn O纳米纤维,在制成彼此垂直的具有p-n结的交错阵列后增强了载流子的传输,同时还可以在无偏置的条件下工作。通过紫外-可见透射光谱证明器件的透明度超过70%。在无偏置的条件下、330 nm波长和光照强度为18.62 m W·cm-2的光照下响应度(R)为70.35μA·W-1,探测率(D*)可以达到8.3×1010Jones。在无偏置和AM 1.5光照条件下,光暗电流差(ΔI)达到23.76μA,上升-下降时间为1.32 s/2.62 s。2.通过自旋涂覆的方法得到多酸修饰的Ti O2薄膜制备了自供电的紫外光电探测器。器件的顶层是多酸修饰的Ti O2薄膜,通过莫特肖特基曲线证明复合材料为p型半导体。器件的底层为纯Ti O2薄膜,在形成层间p-n结增强电子传输的同时使器件在无偏置的条件下工作。通过紫外-可见透射光谱证明在可见光区域的透明度超过73%。在无偏置和AM 1.5光照的工作条件下,ΔI可以达到16.07μA,器件的响应度(R)可以达到65.16μA·W-1,探测率(D*)可以达到9.07×1010Jones。循环工作216小时后,器件依然可以保持初始效率的85%。
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