基于ZnO纳米线阵列的光电化学电池型自供能紫外探测器的制备和研究

摘要

紫外探测器被广泛地运用在军事和生活中，迄今为止，硅基紫外探测器仍然主导了紫外探测器的市场，它们有着比较高的灵敏度和良好的信噪比以及快的响应速度。在20世纪80年代末，随着宽禁带半导体材料与器件技术的快速发展，得益于宽禁带半导体卓越的物理化学性能和潜在技术优势，基于宽禁带半导体的紫外探测器有望取代传统的硅基紫外探测器，具有更广泛的应用前景和发展潜力。相比于传统的硅基紫外探测器，宽禁带半导体紫外探测器在对见光盲区的探测中，不需要用到结构复杂且价格不菲的滤光片，能实现直接探测。因而，宽禁带半导体紫外探测器在空间通讯、航天航空等领域中都受到了广泛的关注。
　　氧化锌是一种宽禁带的半导体材料(室温下禁带宽度为3.37 eV)，它有着良好的热稳定性和化学稳定性，在过去20年中，氧化锌材料越来越受到关注。迄今为止，有许多关于基于ZnO的紫外探测器的报道，诸如光电导型、金属-半导体-金属(MSM)、p-i-n、p-n结型、肖特基结型等。这些结构的探测器往往需要严格的外延生长过程，同时需要昂贵的单晶衬底，操作中仍需要外加电压，这些过程通常都伴随着高昂的费用。
　　而光电化学电池(PECC)型紫外探测器，可以直接将光信号转化为电信号，实现探测，这个过程不需要额外的外加电压，是一种自驱动的紫外探测器，材料的制备过程所需的实验条件并不苛刻，相对容易制得，探测器的探测速度较快，在未来有潜力成为主流的紫外探测器。目前为止，相关的报道还比较少，关于ZnO基的PECC型的紫外探测器报道更为有限，且报道的器件的响应度太低，还有着巨大的提升空间，需要更多的探索过程。
　　基于上述分析，本文的研究将围绕提高ZnO基PECC型的探测性能而展开。和ZnO薄膜相比，纳米线阵列具有很大的比表面积并可以为载流子提供快速的定向传输通道，本文通过水热法生长了有着较高晶体质量的ZnO纳米线阵列紧接着制备了基于ZnO纳米阵列的紫外探测器，探测性能相对于其他课题组的报道有所提高但仍然有限。在此基础上，本文继续探索了提高器件性能的有效方法，我们利用金属的局域表面等离子体共振(LSPR)的效应，将银纳米颗粒和金纳米颗粒以不同方式引入器件，使得器件的探测性能得到进一步的提高。
　　近几年，可穿戴器件的研究成为新热点。而因为在柔性衬底上的生长的ZnO晶体质量较差，所以柔性的ZnO纳米线PECC型紫外探测器报道还未曾有过。本文摸索了一种在柔性衬底(PET衬底)上生长ZnO纳米线的方法，并首次制备了基于ZnO纳米线的PECC型紫外探测器，这使得可穿戴的PECC型探紫外测器成为可能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 紫外探测器的分类

1．2．1 光电导型(PC)紫外探测器

1．2．2 光伏型(PV)紫外探测器

1．3 紫外探测器的性能指标

1．4 紫外探测器的发展

1．5 氧化锌基紫外探测器

1．5．1 氧化锌材料的基本性质

1．5．2 氧化锌基紫外探测器的研究进展

1．6 本论文研究内容

第二章 样品的制备与表征

2．1 实验仪器及试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 化学试剂

2．2 实验步骤

2．2．1 衬底的选择以及处理

2．2．2 生长ZnO籽晶

2．2．3 水热法生长ZnO纳米线

2．2．4 器件的组装

2．3 材料的表征

第三章 Ag纳米颗粒增强探测器性能

3．1 引言

3．2 器件的制备过程

3．2．1．ZnO纳米线的生长

3．2．2 光化学还原法沉积Ag纳米颗粒

3．2．3 器件的组装

3．3 探测器的探测性能

3．4 PECC型探测器的工作原理与LSPR效应的增强机理

3．5 小结

第四章 Au纳米颗粒增强探测器性能

4．1 引言

4．2 器件的制备过程

4．3 Au纳米颗粒改性后的探测器性能增强机理

4．4 小结

第五章 基于纳米ZnO的PECC型柔性紫外探测器

5．1 引言

5．2 柔性(PET衬底)PECC型探测器的制备

5．3 探测器的性能表征

5．4 小结

第六章 总结

6．1 全文总结

6．2 本文亮点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文与取得的其它研究成果