一维ZnO和TiO2纳米棒阵列光电特性研究

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金属氧化物ZnO和TiO2均为宽禁带半导体,具有物理及化学稳定性高、抗辐射性能好、价格低廉等优势,一维纳米结构的ZnO和TiO2具有大比表面积、载流子定向传输的特点,已经广泛地应用在生物传感器、光催化、太阳能电池、阻变存储器以及紫外光探测器等多个领域。由于化学生长的一维纳米结构的形貌以及薄膜的均匀性难以精确控制,增大了光电子器件中的接触电阻,限制了载流子传输和器件的工作稳定性;大量的表面态和缺陷态作为电荷复合中心,不利于光生电子-空穴对的分离和传输,影响光探测器件和太阳能电池的转换效率。本文在一维纳米薄膜生长质量工艺调控的基础上,构筑Ag/ZnO纳米棒阵列(NRs)肖特基结和Au/TiO2 NRs肖特基结,研究电场驱动下的紫外光响应性能,探究在光场、电场协同作用下缺陷对ZnO NRs薄膜和TiO2 NRs薄膜导电行为的影响。本论文主要研究内容和结论如下:(1)研究不同厚度的AZO籽晶层对ZnO NRs的形貌、结晶质量和Ag/ZnO NRs肖特基结的紫外光响应特性的影响。三层AZO籽晶层上生长的ZnO NRs的致密性较好、结晶质量较高、载流子浓度大、耗尽区窄、界面电荷转移电阻较小,ZnO NRs的导带和价带位置有一个明显的上移,所构筑的肖特基结的光响应度和光电流较大。(2)研究无水乙醇稳定剂添加量对TiO2 NRs的形貌、结晶质量和Au/TiO2NRs肖特基结的紫外光响应特性的影响。无水乙醇添加量为10 m L时生长的TiO2NRs的结晶质量最好、载流子浓度最大、界面电荷转移电阻最小,费米能级位置最高,所构筑的Au/TiO2 NRs肖特基结具有良好的整流特性和较好的光响应性能,在-1 V低偏压驱动下,对376 nm的弱紫外光的响应度达到了8.9 A/W。(3)研究了电场和光场协同作用下ZnO NRs和TiO2 NRs的导电行为。发现在0 V→+Vmax→0 V→-Vmax→0 V循环电场作用下,基于ZnO NRs薄膜的器件表现出电流跳变的现象,符合阻变存储器应用要求。光、电场联合作用下,两种结构的阻变窗口都有所增大,操作电压下降。基于TiO2NRs薄膜的器件出现了暗态和光照下相反的类神经突触行为,这种光场对电子突触行为的调节为实现神经突触功能器件提出了新的工作思路。
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