新型TiO2/Au/TiO2复合结构的制备及光探测性的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaotaowang33
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近几年,有关于半导体光探测器相关的研究引起了人们的广泛关注。现在,半导体光探测器在军事、环保、航天和各个工业领域都有着众多的应用。目前应用在光探测器中较为普遍的半导体材料主要有Si、GaAs等,但这些材料的禁带宽度较窄,紫外光选择性差,而且需要附带滤光片,因此这些材料在实际应用中具有一定的局限性。TiO2因其较宽的禁带、稳定的化学性质、高的电子注入率和传导性等优点,备受人们的关注。但是现在的TiO2光探测器存在一个普遍的问题,那就是TiO2光探测器不能得到一个同时具备高响应度和快速响应速度这两个性能要素。  本文针对这个问题,提出以一维TiO2纳米棒阵列为基底,用Au、Ag等贵金属负载优化,金属与TiO2接触,在探测器的内部形成了一个内建电场,不仅确保了TiO2光探测器同时具备高光响应度和较快的响应速度,而且由于器件中形成的内建电场而使得探测器不需要额外的工作电压,构建出一个新型自供能紫外光探测器。具体的设计思路是先用水热法合成出一维TiO2纳米棒阵列。再通过光沉积法在一维TiO2纳米棒阵列上沉积Au、Ag金属纳米颗粒,来得到一个同时具有肖特基势垒和反向肖特基势垒的复合三明治结构器件。之后进一步用枝化TiO2纳米颗粒作为修饰,来增大金属与TiO2之间的接触面积,进一步增强肖特基势垒的影响,促进光生电子-空穴的分离,有效地提高复合结构的光电转换能力。  研究发现,新型TiO2/Au/TiO2和TiO2/Ag/TiO2三明治结构的光探测器的光响应度均大于1A·W-1(远高于目前商业化的光探测器的光响应度),而且探测器的光响应时间也缩短到1s左右(以上升时间为主)。不仅如此,以枝化TiO2纳米颗粒作为修饰得到的复合结构组成的光探测器无论在光响应度、光响应速度还是在光敏性等方面都有极大地改善。以枝化TiO2纳米颗粒作为修饰的TiO2/Au/TiO2光探测器的最大光响应度为38.50A·W-1,响应时间分别为0.43s和2.2s。相比未用TiO2纳米颗粒修饰的光探测器,光响应度提高了一个数量级。同时我们测得以枝化TiO2纳米颗粒作为修饰的TiO2/Ag/TiO2光探测器的最大光响应度为11.06A·W-1,光响应度提高了两个数量级。而且以枝化TiO2纳米颗粒作为修饰的TiO2/Ag/TiO2光探测器的光响应时间也大大地减小,其上升时间仅为0.05s,仅为TiO2/Au/TiO2型光探测器的上升时间的八分之一。由此可见,构建出的新型TiO2/金属/TiO2三明治结构光探测器是一种同时具备高光响应度和较快的响应速度的新型自供能紫外光探测器。
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