基于ZnO納米棒陣列的紫外光探測(cè)器制備與性能研究.pdf

1、紫外光探測(cè)器被廣泛應(yīng)用于通信、航天、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)分析以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域，具有非常重要的研究?jī)r(jià)值。ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ族元素形成的n型直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙為3.37 eV，室溫下激子結(jié)合能為60 meV，載流子遷移率高，是用于紫外光探測(cè)器最具有潛力的材料之一。但目前報(bào)道的許多ZnO基紫外光探測(cè)器存在著響應(yīng)率低、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、制備方法復(fù)雜等問(wèn)題。本論文以提高基于ZnO納米棒陣列的紫外光探測(cè)器性能為目標(biāo)，從納米材料的可控制備、不同類型器件的構(gòu)造

2、、器件性能的調(diào)控及影響器件性能的機(jī)理等方面開(kāi)展了研究。主要研究成果如下:
　　1.光化學(xué)法制備CuO/ZnO異質(zhì)結(jié)紫外光探測(cè)器
　　采用光化學(xué)法，將ZnO納米棒陣列置于Cu(NO3)2溶液中，通過(guò)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(jié)構(gòu)，經(jīng)空氣退火后獲得CuO/ZnO異質(zhì)結(jié)紫外光探測(cè)器。發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件調(diào)控CuO納米結(jié)構(gòu)的形貌，可以降低器件的暗電流，提高光生電子-空穴對(duì)的分離效率，

3、從而改善CuO/ZnO異質(zhì)結(jié)紫外光探測(cè)器靈敏度和響應(yīng)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(yīng)的上升沿時(shí)間縮短了30％，下降沿時(shí)間縮短了一個(gè)量級(jí)以上。
　　2.氫氣退火調(diào)節(jié)ZnO/PSS∶PEDOT異質(zhì)結(jié)自驅(qū)動(dòng)紫外光探測(cè)器的性能
　　利用水熱法制備了ZnO納米棒陣列，通過(guò)旋涂法在其表面沉積一層PSS∶PEDOT，形成ZnO/PSS∶PEDOT異質(zhì)結(jié)紫外光探測(cè)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(fèi)米面，進(jìn)而影響ZnO/PSS∶PEDOT異質(zhì)結(jié)的勢(shì)壘。研究結(jié)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(shì)壘0.84 eV，表現(xiàn)出優(yōu)異的光響應(yīng)特性。器件在零偏壓和365nm紫外光照射下響應(yīng)時(shí)間低于1 s，靈敏度達(dá)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(yáng)極和鈷復(fù)合物電解質(zhì)的電化學(xué)電池結(jié)構(gòu)紫外光探測(cè)器
　　借鑒染料敏化太陽(yáng)

5、能電池的結(jié)構(gòu)，我們以ZnO納米棒陣列為光陽(yáng)極，Co復(fù)合物[Co(bpy)3]2+/3+為電解質(zhì)，有機(jī)導(dǎo)電聚合物PEDOT涂覆的ITO玻璃為背電極制備了光化學(xué)電池結(jié)構(gòu)的紫外光探測(cè)器。循環(huán)伏安結(jié)果表明相比于貴金屬Pt，PEDOT對(duì)于[Co(bpy)3]2+/3+氧化還原電對(duì)具有更好的催化性能。器件表現(xiàn)出良好的光伏特性，開(kāi)路電壓為0.5V，短路電流為6.2μA，可在自驅(qū)動(dòng)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