納米結構TiO2制備及Nb摻雜銳鈦礦TiO2MSM結構紫外光電探測器的研制.pdf

1、隨著寬禁帶半導體材料與器件技術的快速發(fā)展，基于寬禁帶半導體的紫外探測器有望取代傳統(tǒng)的硅基紫外探測器。TiO2材料主要吸收紫外輻射，對可見光幾乎不吸收，制備的探測器紫外光/可見光響應對比度較高，因此具有可見光盲和高紫外探測靈敏度特性。另外，TiO2材料制備工藝相對簡單，適合用于制備成本較低的紫外探測器。目前，TiO2基紫外探測器的研究大多采用純銳鈦礦相和金紅石相的TiO2薄膜材料。對于納米結構的TiO2薄膜材料和摻雜的TiO2基光電探測器

2、的制備及其性能還知之甚少，本研究工作的主要內容可以分為兩大部分:一、TiO2納米材料的制備;二、Nb摻雜的TiO2材料的制備和基于Nb摻雜的TiO2光電探測器的研制及性能測試。
　　(1)在不同的水熱溫度和時間條件下制備Na2Ti3O7納米結構。實驗發(fā)現(xiàn)水熱溫度在130℃-160℃區(qū)間時，TiO2粉末和NaOH溶液反應形成的納米片受熱卷曲最終得到Na2Ti3O7納米管，當水熱反應的溫度更高時(160℃-200℃)時，水熱反應產(chǎn)物為

3、Na2Ti3O7納米線。對Na2Ti3O7納米管和納米線進行酸洗處理，隨后在350℃～550℃溫度區(qū)間退火，發(fā)現(xiàn)酸性溶液處理的H2Ti3O7納米管和納米線轉變?yōu)殇J鈦礦型TiO2納米管和納米線。在550℃-750℃，銳鈦礦TiO2納米管和納米線進一步轉化為銳鈦礦TiO2納米顆粒。當溫度進一步增加到950℃時，銳鈦礦TiO2納米顆粒轉變成金紅石相納米顆粒。結果表明，通過適當控制工藝參數(shù)可以獲得所希望的納米結構TiO2晶相和結構。
　　

4、(2)利用脈沖激光沉積技術，在與TiO2晶體晶格匹配度較高的LaAlO3襯底上制備TiO2和Nb摻雜TiO2(A-TiO2: Nb)薄膜，XRD、Raman、TEM等測試結果表明制備的TiO2和A-TiO2: Nb薄膜為銳鈦礦相。采用Au作為肖特基接觸電極分別制備基于TiO2/LaAlO3和A-TiO2:Nb/LaAlO3的金屬-半導體-金屬(MSM)紫外(UV)光電探測器。探測器的紫外-可見光透射光譜和響應譜測量表明，銳鈦礦型TiO2

5、薄膜和A-TiO2:Nb薄膜都具有良好的可見光盲特性。純銳鈦礦型TiO2具有3.25 eV的光學禁帶寬度， A-TiO2:Nb薄膜光學禁帶寬度為3.50 eV，波長藍移的原因可能是由于摻Nb之后引起的量子尺寸效應所致?；赥iO2/LaAlO3紫外探測器在5V偏壓下的暗電流密度是0.42 nA/cm2，最高響應度是0.21 A/W?；贏-TiO2: Nb/LaAlO3紫外探測器在5V偏壓下的暗電流密度是0.79 nA/cm2，最高響應