納米TiO2-有機復合半導體紫外探測材料.pdf

1、紫外探測技術在軍事、通訊、環(huán)境監(jiān)測、空間科學等領域有著廣泛的應用。目前.關于紫外探測器核心材料的研究大多集中在無機寬禁帶半導體。無機/有機復合半導體材料綜合了無機半導體材料與有機半導體材料的優(yōu)點，具有高光敏性、高響應速度、高穩(wěn)定性，更容易實現大面積、低成本、寬視場的光探測功能，因而其在紫外探測領域的應用正逐漸受到關注。本文以能帶工程理論為基礎，以具有高遷移率和高電子注入效率的TiO2為無機受體組分，選擇能帶結構與之匹配的有機給體基元與之

2、復合，并結合層-層復合、原位復合、納米復合、有序復合等新技術，通過對復合材料能帶結構、微觀形貌和聚集態(tài)結構的調控，實現光生激子在復合界面處的有效分離和傳輸，獲得在紫外光區(qū)域具有明顯響應的TiO2/有機復合光電功能材料，進而探索其用于紫外探測的可行性。
　　 通過層-層復合的方法制備了TiO2/N，N'-雙(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基聯苯胺(MTPD)雙層復合紫外光導材料。發(fā)現TiO2/MTPD復合光導材料的光譜吸收在420

3、nm以下，且最大吸收位置由MTPD時的392nm藍移至380nm，表明其帶隙變寬。在本實驗范圍內，光導響應速度與光強呈線性關系，光敏性比單一組分材料提高了1倍，且TiO2層的厚度越大，光敏性越好。表面光電壓譜(SPS)的測試結果表明MTPD向TiO2發(fā)生了有效的光致電荷轉移，這可能是復合材料光敏性提高的主要原因。這一研究證實了無機/有機復合材料用于紫外探測的可能性。
　　 采用原位復合技術，通過親核反應制備了TiO2原位接枝改性

4、的聚乙烯基咔唑(PVK)復合半導體材料。發(fā)現TiO2/PVK復合半導體材料的HOMO和LUMO能級較純PVK時均有所升高；熱分析的結果表明，復合材料的熱穩(wěn)定性也有所提高；當TiO2的含量為0.71％時，紫外光敏性較純PVK提高近1倍。
　　 采用納米復合技術，通過簡單的低溫濕化學方法制備了TiO2納米粒子/聚9,9-二己基芴(PFH)復合半導體材料，系統(tǒng)研究了TiO2納米粒子含量對復合材料微觀形貌以及光學性能的影響。將此復合材料

5、作為活性層制備了紫外探測原型器件，發(fā)現該器件具有明顯的光伏特性，并研究了器件的I-V特性、光譜響應、時間響應、偏壓依賴性等，該器件在3.2 mW/cm2的紫外光或0.7mW/cm2365nm的單色光照射下，其響應時間小于200ms，紫外光暗電流比可達3個數量級，零偏壓下光電流響應達54.6mA/W(365nm單色光)，接近傳統(tǒng)無機基GaN、SiC紫外光探測器的水平。光電流在一定的紫外光強度范圍內與光強呈線性關系。使用油酸作為表面活性劑可

6、以明顯改善TiO2納米粒子的分散情況及其與PFH間的相容性，但是同時也會引起光暗電流的下降。最后還討論了熱處理對器件性能的影響。
　　 為了實現無機材料與有機材料的有序復合以增大復合界面面積、提供載流子定向傳輸通道從而減小載流子復合幾率，制備了與透明FTO電極直接相連的TiO2納米棒陣列，系統(tǒng)研究了陣列的生長機理以及調控手段。并以此為模板通過旋涂的方法制得了TiO2/PFH有序本體異質結納米復合材料，并以此作為活性層制作了紫外探

7、測原型器件，發(fā)現該器件在3.2mW/cm2的紫外光照射下光暗電流比接近3個數量級，光照后電流上升時間及光滅后衰減時間均小于200ms，可重復多次而不發(fā)生變化。
　　 本論文的研究，是首次對TiO2/有機復合半導體材料應用于紫外光探測領域的探索研究，在相關理論與實驗兩個方面作了有益的嘗試。研究結果表明，將無機/有機復合半導體材料應用于紫外光探測的研究，是一種新的有效途徑，為無機/有機復合半導體紫外探測材料與器件的深入研究，提供了有