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1、分類號:TB33210710-2015231031專業(yè)碩士學位論文氧化鋅基復合材料的制備及其光敏特性研究楊甜甜導師姓名職稱段理教授專業(yè)學位類別申請學位類別碩士材料工程及領域名稱論文提交日期2018年5月2日論文答辯日期2018年6月6日學位授予單位長安大學PreparationandthestudyofphotosensitivepropertiesbasedonZnOcompositesAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YangTiantianSupervisor：Prof.DuanLiChan
2、g’anUniversity,Xi’an,China摘要氧化鋅（ZnO），Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶（3.37eV）半導體材料，六方纖鋅礦結構（晶格常數(shù)a，c分別為0．3249nm，0．5206nm），激子束縛能60meV，比GaN和ZnSe的激子束縛能都高的多。在室溫下，ZnO材料的光電器件也能實現(xiàn)高效的激子復合發(fā)光，因此，ZnO被認為是藍-紫外區(qū)域中很有前途的光子材料；ZnO原材料來源渠道多，價格適宜，沒有毒沒有污染，ZnO比其他寬禁帶材料的抗輻射能力都好得多；它生長溫度很低，不經(jīng)過高溫相應的缺陷也就少很多；此外，ZnO有量子約束特性，它會展現(xiàn)出比體材料更優(yōu)越的
3、光電特性。在短波長光電器件領域，人們都將ZnO材料看做是第三代半導體材料，其發(fā)展?jié)摿ι踔帘徽J為超過了GaN。石墨烯被學術界視為新一代的半導體材料，因為它的結構很獨特。與其它碳材料相比，石墨烯比表面積很大，結構獨特，致使它擁有很好的力、熱、電、磁學性能。它在光電器件、復合材料、傳感器以及存儲器這些地方具有很高的研究價值。在光電領域，石墨烯室溫下電子遷移率達到2×105cm2/(Vs)，比碳納米管或硅晶體高，甚至超過了大部分金屬。石墨烯是一種極其有前景的透明導電半導體材料，吸光率僅2%，因而它可作為光探測器、太陽能電池的透明電極。PVK，中文名N-乙烯基咔唑
4、，分子式C14H11N，分子量193.25。PVK是有利于空穴傳輸?shù)挠袡C半導體聚合物，其空穴傳輸性能在眾多有機聚合物中最為優(yōu)良。PVK的最高占據(jù)分子軌道（HOMO）和最低未占用的分子軌道（LUMO）能量分別為-5.8eV和-2.3eV。PVK電性能良好，其光電導性能使得其可充當全息照相的感光材料。PVK具有強烈的藍色發(fā)射激發(fā)態(tài)單峰，峰值約為420nm。PVK已被廣泛用作電子和光學材料。本論文主要包含兩大模塊來進行，第一模塊是ZnO-rGO（氧化鋅-還原氧化石墨烯）紫外光電探測器和ZnO紫外光電探測器構造的內(nèi)容，第二模塊是ZnO-PVK異質結光電探測器原型
5、構造的內(nèi)容。主要研究內(nèi)容和結果如下：第一模塊主要構造了ZnO-rGO紫外光電探測器和ZnO紫外光電探測器。難點在于：一是查閱大量的文獻，并與實驗室當前情況相結合，從而確定實驗方案；二是ZnO-rGO復合材料的制備過程；三是ZnO-rGO紫外光電探測器和ZnO紫外光電探測器兩種原型器件如何構造的問題。這一模塊成功制備出來了ZnO-rGO復合材料并構造ZnO-rGO紫外光電探測器和ZnO紫外光電探測器。通過IV表征，發(fā)現(xiàn)ZnO-rGO光電探測器的光電流和光暗電流比遠大于ZnO光電探測器的光電流和光暗電流比。然后使用XRD，拉I曼，PL光譜，透射光譜和光電流測
6、試來詳細研究了這種機制，結果表明ZnO-rGO紫外光電探測器更大的光電流源于載流子壽命較長和載流子重組系數(shù)較小。這一模塊的研究為制備構造高速光響應UV光電探測器提供了一種潛在的方法。第二模塊主要將n型ZnO半導體材料與有利于空穴傳輸?shù)挠袡C半導體聚合物PVK進行結合，想要構造出ZnO-PVK異質結光電探測器原型來。而ZnO-PVK異質結光電探測器原型的構造就是要突破兩個難點：一是制備出來導電性很好的一維ZnO納米棒陣列；二是成功構造出ZnO-PVK異質結結構，并可以測試出良好的整流曲線。這一模塊工作主要分為ZnO-PVK復合材料的制備和ZnO-PVK異質結
7、結構的構造與表征兩個方面來開展。這一模塊的難點在于ZnO-PVK異質結要成功構造并可以測出很好的整流曲線來。這個課題一直都是在嘗試著開展，通過IV曲線可以發(fā)現(xiàn)：ZnO-PVK異質結光電探測器的光照電流均大于黑暗電流，這說明異質結構已經(jīng)有了一定的探測效果。但是始終沒有得到過整流曲線，這是因為構造的異質結結構雖然有了一定的探測效果，但是還沒形成有效勢壘的緣故。對比復合薄膜材料和純ZnO薄膜材料的吸收曲線可以發(fā)現(xiàn)，ZnO-PVK復合薄膜材料對紫外光的吸收強度更大。與ZnO薄膜相比，ZnO-PVK復合材料的PL譜的強度明顯有了降低。這說明ZnO與PVK之間存在著
8、有效的電荷轉移?？傊?，本論文成功構造出來了ZnO-rGO紫外光電探測器和ZnO紫
