【摘 要】
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如今,手机屏幕根据环境自动改变亮度,安检设备通过红外辐射感应识别物体,各类光谱仪帮助我们研究材料性质,而光电传感元件作为这些设备中重要的一环,在生活、安全、工业和研发领域都有着极其广泛的应用。电子设备微小化、功能集成化的浪潮不可阻挡,光电传感元件也不例外,而制备宽带(响应)光电探测器就是实现光电传感元件功能整合的一种重要途径。宽带光电探测器是一种波长响应范围很广,甚至可以对多个波段的光产生光电响应
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如今,手机屏幕根据环境自动改变亮度,安检设备通过红外辐射感应识别物体,各类光谱仪帮助我们研究材料性质,而光电传感元件作为这些设备中重要的一环,在生活、安全、工业和研发领域都有着极其广泛的应用。电子设备微小化、功能集成化的浪潮不可阻挡,光电传感元件也不例外,而制备宽带(响应)光电探测器就是实现光电传感元件功能整合的一种重要途径。宽带光电探测器是一种波长响应范围很广,甚至可以对多个波段的光产生光电响应的器件;目前已报道的宽带光电探测器大多基于半导体材料的常规内光电效应工作(如正光电导效应、光伏效应及光栅效应等),特定波长的光照射器件会产生正向的光电流。但在实际探测中,入射光的光功率密度和入射角度不确定,器件无法通过光电流大小辨别入射光波长,只能作出“有光出现”的判断而不能精确检测光的波长。负光电导效应是一种材料电导率在光照下降低的特殊光电响应,表现为光照产生反向的光电流。如果宽带光电探测器能对两个波段的光分别产生正向的光电流和反向的光电流,就可以根据光电流的方向判断入射光的波长范围,从而增加器件的识别准确性。因此,制备能对不同波长的光分别产生正光电导响应和负光电导响应的器件对宽带光电探测器的发展十分有利。鉴于这种需求,本论文开展了以下的研究工作:首先,通过热注入法和化学气相沉积法合成了Cs Pb Br3纳米晶和多层石墨烯,再制备了Cs Pb Br3纳米晶/石墨烯异质结器件;之后通过多种表征手段对Cs Pb Br3纳米晶薄膜、石墨烯薄膜和Cs Pb Br3纳米晶/石墨烯异质结的相关特性进行测试。其次,探究了Cs Pb Br3纳米晶/石墨烯异质结的光电响应特性:器件对420~510 nm的可见光产生正光电导响应,对300~390 nm的紫外光产生负光电导响应。之后,通过对异质结能带结构和石墨烯特性的分析,总结出了正/负光电导效应的产生原因:1)异质结在420~510 nm的可见光照射下,Cs Pb Br3纳米晶内的光生载流子行为使石墨烯的载流子浓度增加,导致石墨烯电导率增加,产生正光电导响应;2)异质结在300~390 nm的紫外光照射下,因光热效应引起的剧烈晶格振动使原本吸附在石墨烯表面的水分子发生脱附,水分子束缚的Pz轨道电子回到石墨烯价带,电子空穴复合使载流子浓度降低,导致石墨烯电导率降低,产生负光电导响应。最后,介绍了Cs Pb Br3纳米晶/石墨烯异质结在紫外光-可见光宽带光电探测领域的应用前景,探究了Cs Pb Br3纳米晶薄膜厚度、石墨烯薄膜厚度和器件基底导热率对于异质结器件光电响应的影响,提升了Cs Pb Br3纳米晶/石墨烯异质结的光电响应性能。
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