基于ZnO納米棒陣列的紫外光探測器制備與性能研究.pdf

1、紫外光探測器被廣泛應用于通信、航天、環(huán)境監(jiān)測、化學分析以及醫(yī)療器械等領域，具有非常重要的研究價值。ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ族元素形成的n型直接帶隙半導體，帶隙為3.37 eV，室溫下激子結合能為60 meV，載流子遷移率高，是用于紫外光探測器最具有潛力的材料之一。但目前報道的許多ZnO基紫外光探測器存在著響應率低、響應時間長、制備方法復雜等問題。本論文以提高基于ZnO納米棒陣列的紫外光探測器性能為目標，從納米材料的可控制備、不同類型器件的構造

2、、器件性能的調控及影響器件性能的機理等方面開展了研究。主要研究成果如下:
　　1.光化學法制備CuO/ZnO異質結紫外光探測器
　　采用光化學法，將ZnO納米棒陣列置于Cu(NO3)2溶液中，通過紫外光照射，在ZnO納米棒陣列表面沉積一層Cu2(NO3)(OH)3片狀納米結構，經(jīng)空氣退火后獲得CuO/ZnO異質結紫外光探測器。發(fā)現(xiàn)通過改變實驗條件調控CuO納米結構的形貌，可以降低器件的暗電流，提高光生電子-空穴對的分離效率，

3、從而改善CuO/ZnO異質結紫外光探測器靈敏度和響應速率。在最佳條件下制備的器件，相比于純ZnO器件，靈敏度提高了50倍，紫外光響應的上升沿時間縮短了30％，下降沿時間縮短了一個量級以上。
　　2.氫氣退火調節(jié)ZnO/PSS∶PEDOT異質結自驅動紫外光探測器的性能
　　利用水熱法制備了ZnO納米棒陣列，通過旋涂法在其表面沉積一層PSS∶PEDOT，形成ZnO/PSS∶PEDOT異質結紫外光探測器。發(fā)現(xiàn)將ZnO納米棒陣列在不

4、同溫度下氫氣退火，可以改變ZnO中的缺陷和費米面，進而影響ZnO/PSS∶PEDOT異質結的勢壘。研究結果表明，在300℃下退火ZnO后制成的器件具有最大整流比255和最高勢壘0.84 eV，表現(xiàn)出優(yōu)異的光響應特性。器件在零偏壓和365nm紫外光照射下響應時間低于1 s，靈敏度達到1000，比未退火ZnO制成的器件靈敏度提高了10倍。
　　3.基于ZnO光陽極和鈷復合物電解質的電化學電池結構紫外光探測器
　　借鑒染料敏化太陽

5、能電池的結構，我們以ZnO納米棒陣列為光陽極，Co復合物[Co(bpy)3]2+/3+為電解質，有機導電聚合物PEDOT涂覆的ITO玻璃為背電極制備了光化學電池結構的紫外光探測器。循環(huán)伏安結果表明相比于貴金屬Pt，PEDOT對于[Co(bpy)3]2+/3+氧化還原電對具有更好的催化性能。器件表現(xiàn)出良好的光伏特性，開路電壓為0.5V，短路電流為6.2μA，可在自驅動模式下工作。在零偏壓、365 nm紫外光照射下，器件表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外光響