TiO-2纳米半导体材料的制备及其光探测性能.docVIP专享

TiO_2 纳米半导体材料的制备及其光探测性能半导体光探测器在军事和国民经济的各个领域均有广泛应用,如光纤通讯系统、成相遥感、环境监测以及光度计量等。已经商业化的光探测器主要基于Si、GaAs 等半导体材料,但是这些材料因具有较窄的禁带宽度,紫外光选择性较差,并需要可见、红外光过滤器。TiO2 纳米半导体材料,因其较宽的禁带宽度,具有良好的紫外光选择性。同时还具有稳定的化学性质、较强的耐候性、高的电子注入率和传导性能等其它半导体材料所不具备的优点,在光电探测领域发挥越来越重要的作用。在 TiO2 紫外光探测器的讨论中,一直存在高光响应度和高响应速率难以兼得的问题。本文采纳具有高紫外光吸收能力的聚合物以及纳米颗粒支化纳米棒的结构改性,提高了 TiO2 紫外光探测器光响应度的同时得到了较快的响应速率。为了拓展 TiO2 对可见光的探测应用,又采纳有机染料和导电聚合物聚吡咯对 TiO2 改性,制备出具有单波长可见光选择性的光谱探测器,并验证了这种可见光探测器具有普适性,可以扩展到其它半导体体系。为提高 TiO2 紫外光探测器的光响应度,提出采纳聚苯乙烯磺酸(PSS)改性 TiO2 纳米颗粒来增强紫外光吸收和增加光生电子-空穴对。分别以 TiO2 纳米颗粒及其 PSS 改性复合材料构建了三明治结构的光导型紫外光探测器。TiO2 纳米颗粒光探测器的光响应度和光/暗电流比为 1.2AW-1 和40,响应时间为 22.63s(上升时间)和 15.93s(衰减时间),紫外/可见抑制比为 86,表现出良好的紫外光选择性。PSS 改性后的复合材料紫外光探测器的光响应度随着 PSS 层数增多而增大,10 层 PSS/TiO2 复合材料的光响应度比 5 层 PSS 复合材料高出 1 个数量级。10 层 PSS/TiO2 复合材料的光响应度和光/暗电流比分别为 602AW-1 和 1932,与纯 TiO2 纳米颗粒相比,均提高了 3 个数量级。这一高光响应度比大部分报道的 TiO2 纳米颗粒紫外光探测器高出 1-2 个数量级。机理分析表明,PSS 较强的紫外光吸收能力以及与 TiO2 能级间匹配是增强TiO2 纳米颗粒紫外光探测器性能的主要原因。为提高 TiO2 紫外光探测器的光响应度,提出采纳一维 TiO2 纳米棒阵列及其PSS 改性复合材料来促进光电子的传递和光生电子量。首先采纳水热方法在 FTO导电玻璃上成功合成了一维有序金红石相 TiO2 纳米棒阵列,通过调节反应温度,反应时间以及前驱体含量,得到了长度为 1.56～4.32μm 的 TiO2 纳米棒阵列。PEI 添加剂可以有效促进 TiO...