硅基硒化锑制备与光电性能研究

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硒化锑是一种新型的直接带隙结构的二元单相半导体材料,具有结构稳定、光学吸收系数大、带隙可调等优越的性能,使其在光伏、探测、发光等光电子器件方面有很好的应用前景。而且硒化锑的塞贝克系数高达1800 μV/K,在热电器件方向也有很大的应用前景。正是由于这些优异的性能,使其成为近期研究的热点。本文利用简单、安全、高效的水热法,通过对实验温度、时间以及活性剂的控制,制备出了具有高质量单一相硒化锑一维纳米线及二维纳米片结构,并采用半导体微纳加工手段,制备出简单的硒化锑器件,并对其光电导特性进行了研究,光电导探测器展现出了较低的暗电流和较好的光电流响应。主要工作如下:(1)发展了一种以十六烷基三甲基溴化铵作为结构形貌导向剂的水热法合成硒化锑纳米线及硒化锑纳米片方法。通过对实验条件的分析调控,合成出直径约为150nm、长度从5 μm到数十微米的纳米线,及二维纳米片尺寸长度为10 μm、宽度为5 μm和厚度约为15 nm。通过XRD、SEM、TEM、AFM、XPS、Raman、UV-Vis-NIR等的材料手段对制备的材料进行了表征,纳米线与纳米片具备单一的正交相,晶体质量良好。紫外可见近红外吸收结果表明材料的光吸收主要在可见、近红外波段区域,主要吸收波段集中在可见近红外波段区域。(2)利用半导体微纳加工手段,采用叉指状电极结构,制备出光电导型的硒化锑纳米线及纳米片探测器结构。其中一维硒化锑纳米线光电导探测器的暗电流为230 pA,在14.4 mW/cm2、532 nm激光的照射下和1 V偏压条件下,光电流达45 nA,开关比达196,其光电流响应的上升及下降时间为0.09 s-0.1 s;二维硒化锑纳米片光电导探测器的暗电流为250 pA,在3.6 mW/cm2、405 nm激光照射及3 V外加偏压条件下,光电流为1.8 nA,器件开关比为7.2,其光电流响应的上升/下降时间0.1 s-0.16 s。
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