多波长量子点修饰ZnO光电探测器研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangda
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近年来,紫外探测技术被广泛应用于生物化学分析、环境监测、火焰和辐射监测、光学通信、导弹预警以及民用和军用等领域。ZnO作为一种典型的宽禁带半导体材料,具有相对较高的紫外吸收系数和电子迁移率,成为紫外探测器的理想材料。同时ZnO具备很好的抗辐射能力,能够在各种环境下进行稳定工作。而ZnO表面存在的大量悬挂键和表面态等缺陷,在光照时作为陷阱态捕获光生载流子,产生严重的持续光电导效应,增加探测器的上升下降时间,极大地阻碍了ZnO光电探测器的性能。本文利用Cd Se量子点(QDs)修饰ZnO微米线(MWs)构成II型异质结结构,通过CdSeQDs对ZnO MWs的表面钝化作用,显著降低ZnO表面态的影响,同时提高其响应速度和响应度。取得的主要研究成果如下:1)采用化学气相沉积技术和快速热注入法分别合成ZnO MWs和CdSeQDs,并将CdSeQDs修饰在ZnO MWs表面制备绿色CdSeQDs修饰ZnO MWs光电探测器。由于Cd Se与ZnO之间形成的II型能带结构以及CdSeQDs对ZnO的表面钝化作用,显著降低ZnO表面态的影响。在紫外光照射下ZnO和Cd Se之间形成内建电场促进光生电子空穴对的分离,加速电子-空穴的传输。使探测器的最大响应度提高到10.5 m A/W,较ZnO MWs探测器响应度提高了6倍;同时使探测器的响应时间大幅缩短,上升和下降时间分别缩短了87.7%和76.2%。2)进一步研究多波长CdSeQDs修饰ZnO MWs光电探测器的性能。通过改变CdSeQDs的成核温度制备不同尺寸的量子点,由于量子点的尺寸效应,根据不同CdSeQDs的尺寸,可以调节量子点的带隙宽度、吸收波长和吸收系数等。最后通过多波长Cd Se量子点提升ZnO微米线紫外光电性能的同时拓展ZnO可见光电响应。3)对多波长CdSeQDs修饰的ZnO MWs进行热退火处理,并进一步研究退火前后器件光暗电流的温度依赖关系。通过退火改善ZnO MWs的结晶质量,进一步降低ZnO表面态的影响,同时降低了ZnO的表面吸附氧和内部缺陷态对光生载流子的影响。在高温环境下退火还会进一步提升CdSeQDs与ZnO MWs之间的界面质量,改善Cd Se与ZnO之间的电子-空穴对的传输。综上所述,通过退火处理使探测器获得更高的光电响应以及更快的响应速度。
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