基于ZnO纳米棒阵列的紫外光响应性能研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:pearlpink
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紫外探测技术在航天、军事、民用领域均有广泛的应用需求。无需电源的自驱动紫外探测器件不仅可以大幅度地减小系统的尺寸和重量,而且器件适应性更广,对于未来纳米器件的电路集成非常重要。一维宽禁带Zn O纳米棒阵列具有低的反射率,高的紫外光子吸收能力和电荷定向传输优势,是构建自驱动紫外光探测器件的理想材料。目前,基于一维Zn O纳米材料紫外探测器的光响应速度、光敏度还有待于进一步提高。本论文采用不同的方法在n型Zn O纳米棒阵列沉积p型的Cu SCN薄膜,研究Cu SCN的沉积对Zn O纳米棒阵列的紫外光响应特性影响,得到了光响应速度较快的Zn O纳米棒/Cu SCN异质结自驱动紫外探测器件。论文的主要内容和研究结果如下:(1)Zn O纳米棒阵列的表面态和缺陷是影响紫外光响应特性的关键因素。论文利用化学水浴沉积法制备Zn O纳米棒阵列,通过控制反应前驱液浓度来控制其比表面积,利用后期退火来减少其缺陷态。实验发现对于Ag/Zn O纳米棒/Ag的光导型紫外探测器件,比表面积的增大有利于光响应电流的增加;缺陷态的减少有利于光响应恢复时间的缩短。(2)利用连续离子吸附法(SILAR)在Zn O纳米棒阵列表面沉积宽禁带p型Cu SCN薄膜,形成II型异质结。研究Cu SCN的沉积次数对Zn O纳米棒阵列紫外光响应性能的影响。随着沉积次数增多,Cu SCN在Zn O纳米棒沉积的量增加,Cu SCN与Zn O形成的局部异质结的面积增多。相比于FTO/Zn O/Au器件,在低沉积次数30次和60次,器件暗电流降低近两个数量级,光电流没有太大的变化。在-3 V下,器件光敏度由1.65提高为20.45和131.54,光响应恢复时间由1819 s缩短为685 s和331 s。当沉积次数为120次时,器件在0 V下实现了对紫外光的自驱动响应。Cu SCN的沉积不仅抑制了Zn O纳米棒表面吸附氧的再吸附,而且提供更多的光生载流子分离界面。在Zn O/Cu SCN异质结内建电场作用下,光生载流子很快的分离。(3)利用电化学沉积法在Zn O纳米棒阵列上沉积Cu SCN薄膜,获得自驱动紫外探测器件。在室温下采用连续的电化学沉积Cu SCN,其以较大的颗粒沉积于Zn O纳米棒阵列。异质结结区存在的较多的缝隙和孔洞使得器件产生了较大的漏电流和较缓慢的光响应性能。采用间断性的电化学沉积法,通过改变沉积时间、温度,改善在Zn O纳米棒阵列沉积的Cu SCN质量,提高器件的紫外探测性能。随着沉积时间的增长,Cu SCN的量增加,提高了器件的整流比和光敏度。相比于0 o C沉积Cu SCN的器件,室温沉积的Cu SCN的器件呈现出较好的自驱动紫外探测性能。在室温3次循环沉积(总时间1800s)得到的器件光响度达到了1.57 A/W。较大的光响应度主要归于Cu SCN质量的提高和较多的Zn O/Cu SCN异质结结区面积。
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