納米非晶表面態(tài)調(diào)控的SnO2納米顆粒的贗負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)的研究.pdf

1、當(dāng)光照射到半導(dǎo)體或絕緣體的表面時，材料內(nèi)部的受束縛電子受到激發(fā)，產(chǎn)生躍遷，從而使物體的電導(dǎo)率增大，這類光致電的現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。在實(shí)現(xiàn)快速有效的光電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，如何有效控制和利用光的熱效應(yīng)成為學(xué)術(shù)界的一個關(guān)鍵問題。光的熱效應(yīng)的應(yīng)用存在兩大難點(diǎn)：一是熱效應(yīng)對于材料結(jié)構(gòu)的影響，若材料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，則器件性能可能下降或消失；二是如果利用熱效應(yīng)引起的溫度的變化進(jìn)行工作，則需要考慮溫度變化，即熱量傳導(dǎo)所需要的時間。
　　本研究針對以上

2、問題，合成出精細(xì)的SnO2納米顆粒包覆的多壁碳納米管復(fù)合材料。該材料在光照下電流減小，電阻增大，呈現(xiàn)出反常的負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)，該負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)穩(wěn)定可重復(fù)。經(jīng)研究表明：SnO2納米顆粒作為導(dǎo)電體，存在兩部分的電流，一部分是穿透整個顆粒的體電流，另一部分是流經(jīng)非晶表面態(tài)的表面電流。體電流在穿過表面非晶態(tài)時受到劇烈散射，電流較??；而非晶態(tài)表面在暗態(tài)下吸附大量水分子，生成載流子，提高了n型SnO2的費(fèi)米能級，導(dǎo)致表面電流大。在光照致使溫度上升的條件下

3、，納米顆粒非晶表面所吸附的水分子發(fā)生脫附，載流子濃度下降，費(fèi)米能級降低，電導(dǎo)率減小。因此被稱為贗負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)，電流變化原則上與溫度變化同步。
　　透射電鏡原位加熱實(shí)驗(yàn)表明，加熱至200℃時SnO2納米顆粒結(jié)構(gòu)依然穩(wěn)定，并在300℃以上開始發(fā)生非晶化融合。利用贗負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)的這些特點(diǎn)，結(jié)合普通的正光電導(dǎo)效應(yīng)，電壓輸出式紫外探測器被組裝出來，該探測器擺脫了普通光電導(dǎo)型紫外探測器對貴重高精度電流測試設(shè)備的依賴，拓寬了紫外探測器的應(yīng)用范圍

4、；同時也組裝成了“與非門”“或非門”等光電邏輯門，基于這些光電邏輯門，可以實(shí)現(xiàn)光信號至電信號的轉(zhuǎn)換，并且可以進(jìn)行全功能邏輯運(yùn)算。
　　由于熱傳導(dǎo)速度慢，導(dǎo)致贗負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)的響應(yīng)/恢復(fù)時間極長。通過建立理論模型加以分析后，我們依次對器件中工作物質(zhì)的質(zhì)量、工作物質(zhì)與恒溫?zé)嵩粗g的距離、襯底的熱傳導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，大幅縮短了贗負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)的響應(yīng)/恢復(fù)時間。最后，石墨烯被用來替換多壁碳納米管作為骨架支撐SnO2納米顆粒。由于石墨烯具有極高的