基于ZnO納米結(jié)構(gòu)的自供電紫外光電探測(cè)器.pdf

1、地球上的紫外線主要來(lái)自太陽(yáng)的輻射，在日常生活中紫外線已被應(yīng)用于醫(yī)療、殺菌、鑒定等領(lǐng)域，但是它也可以與人的皮膚產(chǎn)生一定的機(jī)理作用，嚴(yán)重的時(shí)候可引起皮膚癌。因此，對(duì)于紫外線的檢測(cè)與防控引起了人們的廣泛關(guān)注。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，紫外探測(cè)技術(shù)的發(fā)展非常迅速，在遠(yuǎn)程控制、空間安全通信等方面都有著非常重要的作用。
　　半導(dǎo)體的發(fā)展經(jīng)歷了以硅為代表的第一代半導(dǎo)體和以砷化鎵為代表的第二代半導(dǎo)體，到二十一世紀(jì)，寬禁帶半導(dǎo)體材料成為第三代半導(dǎo)體材

2、料，它們具有只吸收紫外光，耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。以第三代半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的紫外光電探測(cè)器可以節(jié)省使用濾光片的費(fèi)用，并且具有較好的光電性能。以GaN、SiC等寬禁帶半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的紫外光電探測(cè)器是這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但是此類半導(dǎo)體材料的單晶薄膜生長(zhǎng)工藝復(fù)雜，襯底費(fèi)用昂貴，不利于器件的大規(guī)模的生產(chǎn)。因此，尋找制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，性能良好的半導(dǎo)體材料就顯得尤為重要。
　　ZnO具有和GaN相似的結(jié)構(gòu)，在室溫下，ZnO的禁帶寬度為3.37eV，可

3、以很好的吸收波長(zhǎng)短于385nm的紫外光，對(duì)可見(jiàn)光具有光盲性。另外，ZnO具有較大的激子結(jié)合能（約為60meV），較高的電子遷移率，電子-空穴對(duì)的復(fù)合率較低，載流子的壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。ZnO具有良好的結(jié)晶性和生長(zhǎng)各向異性，可形成納米棒、納米針、納米片、納米花等各種各樣的納米結(jié)構(gòu)。制備工藝也具有多樣性，人們已經(jīng)通過(guò)水熱法、熱蒸發(fā)、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積等方法，制備出ZnO的各種形態(tài)結(jié)構(gòu)。ZnO的制備工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，可以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。

4、r>　　傳統(tǒng)的硅基探測(cè)器在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多，但其在工作過(guò)程中需要外加偏壓，在一些特殊環(huán)境中會(huì)限制其應(yīng)用，制作工藝也較為復(fù)雜。具有三明治結(jié)構(gòu)的光化學(xué)電池型紫外光電探測(cè)器，利用半導(dǎo)體與電解液形成的內(nèi)建電場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)在不加外加偏壓下正常工作。ZnO和光化學(xué)電池型自供電紫外光電探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)引起了我們的研究興趣，本論文中，我們采用水熱法生長(zhǎng)ZnO半導(dǎo)體材料，制作了基于ZnO納米結(jié)構(gòu)的光化學(xué)電池型自供電紫外光電探測(cè)器，并對(duì)其光電特性進(jìn)行了研究。

5、r>　　首先，我們利用水熱法制備了ZnO的納米棒，將其作為光電陽(yáng)極制備了紫外光電探測(cè)器，測(cè)得的最大響應(yīng)度為0.02 A/W。考慮到ZnS和ZnO同屬于Ⅱ-V族化合物，禁帶寬度為3.7eV，二者具有匹配的能級(jí)結(jié)構(gòu)，可形成異質(zhì)結(jié)，且ZnS顆粒附著在ZnO納米棒的表面，可以增加光的散射，從而可增大光的吸收率。因此，我們對(duì)ZnO納米棒進(jìn)行了表面處理，在其表面附著了ZnS納米顆粒，形成ZnO/ZnS納米棒核殼結(jié)構(gòu)。以ZnO/ZnS納米結(jié)構(gòu)作為光電

6、陽(yáng)極，以去離子水作為電解液，Pt電極作為對(duì)電極，制備了自供電紫外光電探測(cè)器。在沒(méi)有外加偏壓下，最大響應(yīng)度出現(xiàn)在340nm處，約為0.056A/W，比單純的ZnO納米棒結(jié)構(gòu)的紫外探測(cè)器的響應(yīng)度增大了180％。當(dāng)用365nm的紫外光照射時(shí)，測(cè)得響應(yīng)時(shí)間約為0.04s。
　　考慮到ZnO可生長(zhǎng)為各種各樣的納米結(jié)構(gòu)，不同的納米結(jié)構(gòu)的比表面積不同。多孔ZnO納米片結(jié)構(gòu)的比表面積較大，有利于增大材料與電解液的接觸面積，從而提高紫外探測(cè)器的響應(yīng)