基于AZO籽晶层生长ZnO纳米棒阵列异质结光电响应特性的研究

摘要

ZnO是典型的n型宽禁带半导体，具有优异的光学和电学性质。一维ZnO纳米棒阵列（ZnO NRs）具有比表面积大，电子定向传输等优势，被广泛应用于紫外光探测器。但是ZnO NRs表面和体内缺陷较多，作为载流子捕获中心，不利于载流子传输。基于ZnO NRs异质结的紫外光探测器性能如光灵敏度、光响应速度、光响应率等有待进一步提高。有效降低ZnO NRs缺陷态和表面态，提高载流子传输是ZnO NRs基光探测器亟待解决的问题。本论文利用简单的化学浴沉积法制备ZnO NRs，利用Al掺杂ZnO籽晶层薄膜（AZO）调控ZnO NRs形貌、结晶质量以及光电性能。将ZnO NRs分别与Au电极构筑肖特基结，与CuSCN和MoS2纳米片复合构筑异质结，利用结区内建电场促使光生载流子有效分离。具体研究内容和结果如下：
　　（1）在不同Al掺杂浓度的AZO籽晶层薄膜上生长ZnO NRs，研究AZO籽晶层薄膜对ZnO NRs形貌、结晶质量以及光电性能的影响，进而研究Au/ZnO NRs/AZO肖特基结光电响应特性。研究表明Al掺杂浓度为0.5％的AZO籽晶层（AZO(0.5%)）薄膜表面粗糙度小，透光率高且载流子浓度大。AZO(0.5%)籽晶层薄膜生长的ZnO NRs比较致密、结晶质量较好、缺陷较少、紫外透光性高、载流子浓度大、表面耗尽区窄。致密的ZnO NRs与Au电极紧密的接触降低了漏电流。Au/ZnO NRs/AZO肖特基结在+2 V偏压，360 nm（3.2 mW/cm2）紫外光照下呈现光电响应特性，并且AZO(0.5%)籽晶层薄膜生长ZnO NRs构筑的肖特基结光电流和光响应率较大。
　　（2）在AZO籽晶层薄膜生长的ZnO NRs上电化学沉积CuSCN，构筑p-CuSCN/n-ZnO NRs异质结，研究异质结的紫外光电响应特性。研究发现电化学沉积的CuSCN颗粒呈类金字塔形，且完全覆盖了ZnO NRs表面。CuSCN薄膜避免了Au电极和ZnO NRs直接接触，减小了异质结的漏电流。电学测试结果表明CuSCN/ZnO NRs异质结具有整流特性，光照下有光伏效应，在无外加电场的驱动下可以实现自驱动光响应。无外加电场驱动下，CuSCN/ZnO NRs异质结对紫外光具有很好的光谱选择性，并且AZO(0.5%)籽晶层薄膜生长ZnO NRs构筑的CuSCN/ZnO NRs异质结自驱动光电流较大，响应率约为22.5 mA/W，这可归因于增强的ZnO NRs紫外光吸收和良好的载流子传输特性。
　　（3）在AZO(0.5%)籽晶层薄膜生长的ZnO NRs上旋涂液相剥离获得的MoS2纳米片，构筑MoS2/ZnO NRs异质结，研究其光电响应特性。研究发现MoS2纳米片垂直站立于ZnO NRs表面，异质结呈现紫外光、红光波段光电响应特性。MoS2纳米片层数越少，电子沿层内传输的通道越多，MoS2纳米片与ZnO NRs表面的接触电阻越小，异质结在紫外区和红光区呈现出的光电流、光响应率越大。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 ZnO基紫外光探测器

1.2 本课题研究内容和研究意义

第二章 制备方法和表征手段

2.1 制备方法

2.2 表征手段

第三章 AZO籽晶层薄膜生长ZnO纳米棒阵列异质结紫外光电响应特性研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章总结

第四章 ZnO纳米棒阵列与MoS2纳米片异质结光电响应特性研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章结论

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢