發(fā)布時間：2020-04-16 02:52

【摘要】：光電探測器作為一種重要的光電元件在成像、傳感以及自動化控制等領域具有重要的應用。功能化和集成化的需求促使光電探測器沿著壓電、熱電、磁電等多功能復合型探測方向發(fā)展。金屬硫族半導體化合物作為一種重要的功能材料,具有優(yōu)異的光學、電學、力學等特點,但是傳統(tǒng)的具有壓電效應的硫化物半導體材料的光響應范圍小、壓電調(diào)控能力差,因此急需開發(fā)出具有高性能、寬光譜響應的壓電-光電探測復合器件。本論文采用物理氣相沉積法和水熱法合成了一系列金屬硫族微納材料;將微納材料與有機、無機半導體材料復合,制備出了多種具有寬光譜響應的光電探測器;此外,結合材料本身的壓電效應,系統(tǒng)研究了壓電極化電荷對異質結器件光電探測性能的調(diào)控作用。(1)基于硫化鎘(CdS)微米線與有機半導體聚噻吩(P3HT)的壓電調(diào)控型自供能光電探測器:以金屬鉍(Bi)為催化劑,CdS粉末為原料,通過物理氣相沉積法制備了直徑分布均勻、長度可達一毫米、六方纖鋅礦結構的CdS單晶微米線。在柔性聚苯乙烯(PS)基底上,將CdS微米線與P3HT復合制備出了 P-N結光電二極管,器件在暗態(tài)下具有良好的整流特性。該器件對紫外(365 nm)到近紅外(780 nm)的寬光譜表現(xiàn)出自供能探測性能。當CdS微米線[001]端與P3HT接觸時,對CdS微米線施加0.67%的拉伸應變會導致光電流提升230%;當CdS微米線[001]端與P3HT接觸時,0.67%拉伸應變會導致光電流下降80%,光電流變化來源于壓電電荷對P-N結內(nèi)建勢場的調(diào)控作用。至此,本文制得了基于CdS與P3HT復合結構的有機-無機壓電調(diào)控型自供能光電探測器。(2)基于CdS納米棒陣列與還原氧化石墨烯(rGO)薄膜的壓電增強型寬光譜自供能光電探測器:以FTO導電玻璃為基底,利用水熱法合成了 CdS納米棒陣列,納米棒平均直徑為250 nm,長度為700 nm。以氧化石墨烯(GO)分散液為原料,在氫氣氣氛中,采用熱還原法在CdS納米棒頂端制備了均勻連續(xù)的rGO薄膜。通過合理的電極搭配,我們制得了基于CdS與rGO的肖特基型光電探測器。該器件在紫外(365 nm)至紅外(1450nm)波段展現(xiàn)了快響應的自供能光電探測性能。此外,當對器件施加4%壓縮應變時,器件的光電流和響應度提升了 11%。(3)基于CdS納米帶與拓撲絕緣體碲化銻(Sb2Te3)電極的寬光譜光電探測器:以Sb2Te3塊材為原料,采用真空蒸發(fā)、光刻技術和熱退火技術,首次制備了基于拓撲絕緣體Sb2Te3的微納結構。測試表明Sb2Te3退火后具有良好的導電性。選用CdS納米帶為半導體材料,Sb2Te3的微納結構為電極,制備了性能優(yōu)異的光電探測器。測試結果表明Sb2Te3能與CdS納米帶形成P-N結,異質結界面處的內(nèi)建勢場有利于Sb2Te3在近紅外光輻射下產(chǎn)生的光生載流子向納米帶轉移,使得納米帶器件具有優(yōu)異的近紅外光電探測性能。
【圖文】：

圍內(nèi)任意調(diào)控。目前，多孔陽極氧化鋁模板已廣泛用于制備多種一維納米結構，如Ｔｅ逡逑納米線、ＣｄＳ納米線、ＣｄＳｅ納米線及ＺｎＯ納米管等。Ｘｕ邋（１９９６）等以多孔氧化鋁為逡逑模板，采用電化學法制備了邋ＣｄＳ納米線陣列，其形貌如圖１－２所示［４２］。圖中可以看出逡逑ＣｄＳ納米線均勻的填充在氧化鋁模板空隙中，納米線直徑與模板孔徑保持一致，另外逡逑由于模板良好的取向性，制備的納米線呈現(xiàn)出優(yōu)異的陣列結構，這對于光伏器件的制逡逑備十分有利。逡逑圖１－２邋０３５納米線填充八八０模板的丁￡＂截面圖。（３）低倍；（１３）高倍１４２］逡逑（２）水熱法逡逑水熱法是在水相體系中通過產(chǎn)物自組裝形成各種各樣微納結構的方法，產(chǎn)物具有逡逑優(yōu)異的晶體結構和良好的形貌。水熱法廣泛應用于各類光電、催化材料的合成制備。逡逑水熱法的優(yōu)點是在相對較低溫度下反應條件容易控制、產(chǎn)物晶體構型豐富以及晶體位逡逑錯密度低。另外最重要的一點是，低溫條件保證水熱產(chǎn)物可以生長在多種類型的基底逡逑上，大大拓寬了水熱法在光電器件領域的應用。例如，Ｓｕｎｇ邋（２０１１）等通過兩步水熱逡逑法在導電的ＦＴＯ玻璃基底上制備了硫族化合物ＺｎＯ納米森林［５８］。首先選取干凈的ＦＴＯ逡逑玻璃作為基底，將ＺｎＯ量子點均勻滴涂在ＦＴＯ表面，接著在Ｚｎ（Ｎ０３）２、ＨＴＭＡ及ＰＥＩ逡逑的混合溶液中水熱反應，，得到ＺｎＯ納米線陣列；再將ＺｎＯ陣列表面的有機物配體清洗逡逑干凈

逡逑最后在納米線表面得到樹枝狀的ＺｎＯ陣列結構，其形貌如圖１－３所示。將制得的納米逡逑森林用于太陽能電池光伏材料，與傳統(tǒng)ＺｎＯ陣列相比，樹枝狀ＺｎＯ納米森林的光電轉逡逑換效率提升了四倍，達到２．６３％，并且其填充因子也提升到０．５３。逡逑圖１－３真實的森林圖片以及ＺｎＯ納米森林的ＳＥＭ圖片［５８］逡逑Ｓｈｅｎ邋（２０１２）等選用柔性碳布為基底，通過水熱法制備了三維多級ＺｎＣｏ２0４納米逡逑線陣列，其形貌如圖１－４所示。將其應用于鋰離子電池陽極材料，測試結果顯示該電逡逑極材料容量高達ＭＯＯｍＡｈｇ－１，此外該電極制作電池時不需要粘結劑，并且具有良好的逡逑柔性逡逑圖ｌ－４ＺｎＣｏ２０４納米線形貌和器件表征［５９］逡逑（３）靜電紡絲法逡逑靜電紡絲法是近年來（１９９４年）興起的一種制備一維微納材料的方法，具有工藝逡逑簡便、制備效率高和便于批量化生產(chǎn)的特點。此外靜電紡絲法制備材料的種類豐富，逡逑９逡逑
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN15

【參考文獻】

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1 唐永連;視錐細胞、視桿細胞與視覺環(huán)境[J];中國眼鏡科技雜志;2003年06期

本文編號：2629307