基于GaN纳米材料的自供能光电化学型紫外探测器

摘要

紫外线就像是一把双刃剑，它在杀菌、辐照固化、防伪和探测方面都有良好的应用，但是长期受紫外线的辐照，对健康会造成损害。紫外探测器在远程控制、火焰检测、环境监控以及生物分析等军事和民用方面有良好应用。在紫外探测器的研究中，光电导型紫外探测器需要外加电源、容易受外界环境的影响而且有持续的光电导现象；pn结型以及肖特基型自供能紫外探测器对制备工艺以及薄膜材料的质量要求极高，这都导致了极高的成本。光电化学型紫外探测器由于其成本低廉、制备工艺简单以及对紫外光的敏感度强等优势，受到科学家们的关注。为了获得性能优越的光电化学型紫外探测器，本论文主要集中于对光阳极进行改性，以宽带隙半导体GaN为光阳极材料，主要就提高紫外光的吸收、提高载流子寿命以及加快电子传输方面展开工作：
　　GaN是直接宽带隙半导体，禁带宽度为3.4eV，抗辐射能力强、具有良好的化学稳定性，GaN在紫外探测方面，是一种较理想的半导体材料。首先，我们用直接氨化还原的方法制备了GaN纳米颗粒，并制备了纳米多孔薄膜。我们发现，随着退火温度的升高，GaN纳米颗粒结晶性更好，紫外探测器性能也更加优异。其次，我们用TiO2对GaN纳米多孔薄膜进行改性，异质结的形成，使得电子空穴对可以快速分离，从而得到性能优异的光电化学型紫外探测器，响应度达到了0.315A/W，响应时间低于0.03s，短路电流密度达到了152.2μAcm-2。
　　纳米多孔薄膜的确可以提供大的比表面积，但是大量晶界的存在不利于载流子的传输，而一维纳米结构可以为载流子提供直接快速的传输通道。我们用静电纺丝的方法成功制备了GaN NWs，纳米线长达毫米量级而且长径比均一，直径为50-60nm。基于GaN NWs光电化学型紫外探测器相比于基于GaN纳米多孔薄膜光电化学紫外探测器的性能有所提高，响应电流密度对光强响应灵敏度斜率达到0.27，比GaN纳米多孔薄膜高出69％。
　　第三部分工作是用水热法制备了GaN NRs。合成的纳米棒大小均匀，长度可以达到几个微米。纳米棒相对于纳米线同样可以为电子提供直接的传输通道，但是结构更加稳定。基于GaN NRs光电化学紫外探测器的短路电流密度达到24.2μAcm-2，是GaN NWs薄膜的138%，响应电流密度对光强灵敏度达到0.52。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 GaN材料发展历史及其研究意义

1.2 GaN的基本性质

1.3 常见的GaN基紫外探测器结构 [20]

1.4 光电化学型自供能紫外探测器

1.5 本论文研究内容

参考文献

第二章 材料制备和表征方法

2.1 纳米材料的制备

2.2 材料的表征

2.3 光电化学型自供能紫外探测器的封装与测试

参考文献

第三章 基于GaN纳米多孔薄膜光电化学紫外探测器

3.1 引言

3.2 GaN纳米颗粒的制备及GaN纳米多孔薄膜光阳极结构

3.3 GaN纳米多孔薄膜基光电化学紫外探测器

3.4 TiO2改性GaN纳米多孔薄膜基光电化学紫外探测器

3.5 本章小结

参考文献

第四章 基于GaN纳米线的光电化学紫外探测器

4.1引言

4.2 静电纺丝制备氮化镓纳米线

4.3 基于GaN纳米线网络光电化学型紫外探测器

4.4 本章小结

参考文献

第五章 基于GaN纳米棒的光电化学紫外探测器

5.1 引言

5.2 水热合成GaN NRs及其形貌表征

5.3 基于GaN NRs光电化学型紫外探测器

5.4 总结

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

在学期间研究成果

致谢