基于p-Se/Al2O3/n-ZnO纳米棒阵列异质结的自驱动紫外-可见光探测器

自驱动光探测器能够在无外加偏压的情况下将光信号转化为电信号, 在工业和军事领域有着广泛的应用。本研究报道了p型Se薄膜和n型ZnO纳米棒阵列异质结的可控合成以及它们作为自驱动紫外-可见光探测器的应用。由于在ZnO和Se的界面处形成的内建电场将光生电子-空穴对分离, 促使它们向相反方向传输, 最终被电极收集, 在0偏压下获得了较高的光电流(435 pA), 从而实现无线的自驱动光电探测。并且, 在Se和ZnO界面处沉积的Al₂O₃层有效降低了暗电流。最终, 此器件在500 nm的单色光下显示了高响应率55 μA·W ^-1和大比探测率5×10 ¹⁰Jones, 并表现出了极快的响应速度(上升时间0.9 ms, 衰减时间0.3 ms)。     

界面工程与等离激元效应协同作用增强的ZnO微米线同质结自驱动紫外探测器（英文）

高灵敏度的自驱动紫外探测器在许多应用中都大有可为.本研究提出了一种一维ZnO基同结光电探测器,它包括表面覆盖着Ag纳米线的锑掺杂ZnO微米线(AgNWs@ZnO:Sb MW)、MgO缓冲纳米层和ZnO薄膜.该探测器在0 V偏压下对紫外光非常敏感,其性能参数包括约7个量级的开关比、292.2 mA W^-1的响应度、6.9×10¹³Jones的比探测率,以及微秒量级的快速响应速度(上升时间16.4μs,下降时间465.1μs).特别是10μW cm^-2的微弱紫外光时接近99.3%的外量子效率.此外,本文系统研究了MgO纳米薄膜和表面修饰AgNWs对探测器件性能增强的机理.作为自驱动光接收器,该光电二极管被进一步集成到能够实时传输信息的紫外通信系统中.此外,基于AgNWs@p-ZnO:Sb MW/i-MgO/n-ZnO的同质结9×9阵列显示出均匀的光响应分布,可用作具有良好空间分辨率的成像传感器.这项研究有望为设计高性能紫外光检测器提供一条具有低功耗和可大规模建造的途径.     

TiO2-NTAs/ZnO异质结的制备及紫外探测性能研究

利用电子束蒸发技术、阳极氧化法和磁控溅射技术在ITO玻璃衬底上制备了二氧化钛纳米管阵列/氧化锌(TiO_2-NTAs/ZnO)异质结,利用SEM、EDS Mapping、XRD、Raman、分光光度计和电化学工作站等对样品的微观形貌、元素成分、晶体结构、透过率和紫外探测性能进行表征。结果表明,TiO_2-NTAs的表面结构清晰、高度有序、孔径均一,为锐钛矿型,沿(101)晶面择优生长;ZnO薄膜呈现颗粒状附着在TiO_2-NTAs的表面,为六方纤锌矿型;在TiO_2-NTAs/ZnO异质结中,钛、锌和氧3种元素呈均匀分布。相比TiO_2-NTAs, TiO_2-NTAs/ZnO异质结在紫外-可见光区具有较高的吸收能力;能有效提高光暗电流比、缩短响应恢复时间,有助于紫外探测器的实际应用。     

纤维状有机光电探测器制备与特性研究

纤维状光电探测器因具有柔性可编织、全角度光探测等特性，有望在可穿戴电子领域取得广泛应用。现已报道的纤维状光电探测器多采用无机光敏材料，器件存在机械柔性受限、制备工艺复杂等问题。本文提出制备纤维状有机光电探测器(FOPD)，采用浸渍提拉法依次在锌丝表面制备电子传输层(ZnO)、有机体异质结光敏层(PBDB-T:ITICTh)和空穴传输层(PEDOT:PSS)等功能层，最后缠绕银丝或碳纳米管纤维(CNT)作为外电极，制备了两种柔性FOPD。结果表明，两种器件在可见光波段均具有优良的响应，整流特性明显，在-0.5 V偏压下比探测率均可达10¹¹Jones (300 nm～760 nm)。其中，CNT外电极与光敏层的界面接触更佳，器件具有更低的暗电流密度(9.5×10^-8A cm^-2，-0.5 V)和更快的响应速度(上升、下降时间：0.88 ms、6.00 ms)。本文的研究有望为柔性纤维器件和可穿戴电子领域的发展提供新思路。     

基于各向异性二维Ge Se的无偏振器偏振图像传感器

偏振是光的一个重要信息,偏振探测可以把信息量从三维(光强、光谱和空间)扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、光偏振等),为成像物体提供关键的视觉信息(如表面粗糙度、几何形状或方向),因此偏振成像技术在目标检测等领域有着巨大的潜力.然而这些领域往往需要复杂的偏振编码,现有的复杂透镜系统和偏振器限制了集成成像传感器的小型化能力.本文通过二维各向异性α-Ge Se半导体,成功实现了无偏振器的偏振敏感可见-近红外光电探测器/成像仪.作为传感器系统的关键部件,该原型Au/GeSe/Au光电探测器具有灵敏度高、光谱响应宽、响应速度快(~10³A W^-1, 400–1050 nm, 22.7/49.5μs)等优点.此外,该器件在690–1050 nm光谱范围内表现出独特的偏振灵敏度,并且对沿y方向的偏振光吸收最强,这一点通过分析α-Ge Se的光跃迁行为也得到了证实.最后,将2D-Ge Se器件应用到成像系统中进行偏振成像,在808 nm近红外波段处,在不同的偏振方向上,辐射目标的对比度为3.45.这种成像仪在没有偏振器的情况下,能够在场景中感知双频偏振信号,为偏振成像传感器阵列的广泛应用奠定了基础.     

ZnO纳米棒/ZnCo2O4纳米片异质结的制备及其光电探测性能

ZnO纳米材料异质结是构筑高性能紫外光电探测器的有力候选之一。本工作中, 设计并制备了一种新型ZnO纳米棒/ZnCo₂O₄纳米片异质结, 研究了其电学性能及光电探测性能。使用油水界面自组装, 将ZnCo₂O₄纳米片在ITO玻璃上组装为均匀的薄膜; 通过调控ZnO种子层厚度, 在ZnCo₂O₄纳米片薄膜上水热生长了取向一致、密度适中的ZnO纳米棒阵列, 获得了高质量的ZnO纳米棒/ZnCo₂O₄纳米片异质结。该异质结具有优良的整流特性, 整流比达到673.7; 其工作在反偏状态时, 光暗电流比超过2个量级, 紫外-可见判别比为29.4, 在光电探测中有良好的波长选择特性。研究表明, 该异质结有潜力应用于构筑高性能紫外光电探测器。     

MoS2/ZnO异质结及其在光电探测器中的研究进展

以MoS₂为代表的过渡金属硫族化合物(TMDCs)由于独特的电子结构、优异的半导体特性、可调节的带隙(1.3～1.8eV)、高迁移率和强光-物质相互作用成为发展下一代高性能光电器件的理想候选材料。然而二维材料独特的层间范德华间隙，使得扩散、注入等传统半导体的掺杂手段无法实现均匀稳定的掺杂，进而无法有效调控其相关电子器件的性能。传统的基于三维半导体的p-n结是现代电子器件的基本组成部分，将二维层状MoS₂集成到传统的半导体材料上成了提升器件性能和探索新功能的策略之一。宽禁带半导体ZnO以其优越的光电性能已广泛应用于高效率短波长探测、发光和激光器件以及智能设备上。近年来，MoS₂和ZnO组成异质结结构的研究成了热点，诸多研究报道MoS₂与ZnO组成的异质结结构可以提高光电探测器的光响应率、光谱范围和光响应速度等，展示了良好的性能。本文综述了MoS₂/ZnO异质结结构的多种制备方法，异质结特性和界面物理机制以及在光电探测器中的研究进展。     

低维结构策略构筑基于钙钛矿纳米片/氧化锌纳米线的柔性宽光谱探测器（英文）

柔性光电探测器具有轻便、易携带和优异的大面积兼容性等特点,在下一代光电子器件领域具有巨大的应用潜力.柔性光电探测器面临的主要挑战是在反复弯曲、拉伸、折叠等形变状态下难以保持优异的性能.本文通过低维度结构策略构筑了基于CsPbBr3纳米片和ZnO纳米线的柔性光电探测器.得益于一维纳米线和二维纳米片的高柔性,所构筑的光电探测器在各种应力下表现出优异的工作稳定性.例如,在弯曲1000次之后,器件的性能没有明显变化.此外,由于ZnO和CsPbBr3自身的光吸收特性,所构筑的柔性光电探测器展现出宽光谱光电响应能力(涵盖紫外和可见波段).在紫外和可见区域的峰值响应度分别为3.10和0.97 A W^-1,其相应的探测率分别为5.57×10^12和1.71×10^12Jones.本文针对柔性、高性能集成光电探测器提出的维度构筑策略,在未来智能、可穿戴光电子器件领域有着巨大的应用前景.     

基于ZnO半导体纳米线膜的声表面波型紫外探测器

针对传统半导体光电探测器件结构的宽带隙半导体紫外探测器可测信号弱的问题,提出了一种基于ZnO纳米线膜的声表面波型紫外探测器.该探测器利用ZnO纳米线膜的强紫外光电响应特性和声表面波器件的灵敏的声电相互作用机制,将采用高纯锌粉的热蒸发氧化工艺制备的纤锌矿型ZnO纳米线制作在已有声表面波小波传感器上.利用光致发光谱研究发现,由于低维激子限域效应和表面效应,所制作ZnO纳米线敏感膜中的紫外光电效应优于外延ZnO半导体薄膜;同时,基于ZnO纳米线膜的声表面波式紫外探测器在紫外光辐照下该探测器的中心频率减小,损耗增大.实验研究表明该器件能够实现长波紫外光的高灵敏度探测.     

原位组装沸石咪唑酯骨架对纸基ZnO纳米棒阵列光电性能的影响

性能卓越的光电极材料的设计制备对光电化学(PEC)技术的发展与应用至关重要。近年来，纸基光敏材料以其比表面积大、环境友好且成本低的优点被广泛研究。其中，作为一种高光电活性、高电子迁移率、无毒的光电极材料，纸基ZnO纳米棒被认为具有广阔的应用前景。然而，高载流子复合率及光腐蚀现象严重制约其光电性能的进一步提升。为降低光生载流子复合率并抑制光腐蚀，采用水热法在纸基ZnO表面原位组装沸石咪唑酯骨架材料-8 (ZIF-8)，制备纸基一维ZnO/ZIF-8纳米棒阵列光电极。结果显示：ZIF-8均匀、致密分布在纸基ZnO表面，二者界面处无缝结合，利于促进界面电荷传输。同时，原位组装ZIF-8过程中，聚集大量氧空位的ZnO表面被刻蚀并转化为ZIF-8，利于抑制光腐蚀。此外，ZnO与ZIF-8能级匹配，二者结合形成异质结，可实现光生电子与空穴的双向传输，从而有效促进光生载流子分离。与纯ZnO纳米棒相比，纸基ZnO/ZIF-8复合材料展现出更高的光生载流子分离与传输效率、更大的光电流密度及更好的光稳定性。     

Ta2NiSe5/GaN范德华异质结用于具有超高响应性和耐恶劣环境的紫外光电探测器(英文)

氮化镓由于其直接带隙、固有的紫外吸收和高击穿电压引起了人们对其在紫外光电探测领域的极大研究兴趣.在本工作中,我们成功地将新型三元硫族化合物Ta₂NiSe₅与非故意掺杂的GaN堆叠,形成了具有典型I型能带排列的混合维度的Ta₂NiSe₅/GaN (2D/3D)范德瓦尔斯异质结构.该异质结构表现出优异的紫外探测性能(光开关比为10⁷,响应度为1.22×10⁴A W^-1).此外,在365 nm的光照和4 V的偏压下,探测度提高至1.3×10¹⁶Jones,并表现出1.22/31.6 ms的快速响应速率.值得注意的是,该器件还具有优异的稳定性、可重复性和抗恶劣环境条件(包括高温和酸性条件)的耐受性.得益于光电探测器的高响应度、探测度和光开关比,我们成功地将该异质结构器件集成到紫外光通信中,证明了Ta₂NiSe₅/GaN光电探测器在信息传输中有着优异的应用前景.     

红外探测器集成OLED的光上转换器研究进展

红外探测器集成OLED的光上转换器不仅可以结合红外探测器(PD)和有机发光二极管(OLED)的优势,提高转换效率,降低生产成本,而且可以实现红外光信号到可见光影像的转换,有广阔的应用前景。阐述了PDOLED光上转换器的基本原理,综述了光上转换器的研究现状,分析了影响转换效率的主要因素,并对其中的一个重要因素——中间界面的常用结构和作用机理的最新研究成果进行了重要归纳,随后介绍了该类杂化器件在探测成像方面的应用进展,最后提出了PD-OLED光上转换器的发展方向并对其应用前景进行了展望。     

基于溶液燃烧法制备NiO/ZnO纳米线异质结紫外探测器

本研究采用溶液燃烧法制备NiO纳米晶材料,采用水热法制备ZnO单晶纳米线,并采用提拉法将ZnO和NiO两者复合,制备出结构简单、重复性良好的NiO/ZnO异质结结构的紫外探测器。光电流测试表明其对365nm紫外光的探测灵敏度在0.9V时达到13.3。光致发光测试表明,NiO/ZnO异质结中缺陷的减少和载流子复合的抑制是其良好性能的主要原因。结果表明,燃烧法是一种有前途的制备NiO纳米晶的方法,并可用于制备性能良好的光电器件。     

Sb浸润界面对InAs/InAsSb超晶格晶体结构和探测器性能的影响

采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长了PIN型长波红外28 ML InAs/7 ML InAs_(0.48)Sb_(0.52)超晶格探测器材料,研究了Sb浸润界面对其表面形貌、晶体结构和光电性能的影响。结果发现:相对于无界面控制的超晶格,采用Sb浸润界面的超晶格表面更平整,表面粗糙度仅为1.28?;超晶格晶体结构更完整,界面起伏明显减小,与衬底的晶格失配度由3.26%减小到2.97%。InAs/InAsSb超晶格探测器的50%截止波长为10μm,量子效率为3.1%;Sb浸润界面的超晶格具有更低的暗电流和更高的微分阻抗,-50 mV偏压下暗电流密度为0.12 A/cm~2,零偏阻抗面积乘积(R_0A)为0.44Ω·cm~2,计算得到探测率为5.06×10~7cm·Hz~(1/2)/W。Sb浸润界面有效抑制了Sb的扩散,提高了超晶格的晶体质量和探测性能,但失配应力依然很大。这些结果为高质量长波红外InAs/InAsSb超晶格的界面生长提供了依据。     

Ⅱ型C2N/ZnO异质结水分解光催化剂的第一性原理研究

基于单层C₂N和ZnO,构建了一种新型2D范德华(vdW)异质结。在第一性原理下进行密度泛函理论计算，系统地研究了C₂N/ZnO异质结的光催化应用。结果表明，C₂N/ZnO异质结具有1.68 eV的直接带隙，其Ⅱ型带对准可以促使光生电子和空穴分离在不同层上。由Mulliken电荷布局分析可知，C₂N层有0.53个电子转移到ZnO层，在异质结界面处形成了一个较强的内建电场E_int,抑制了光生电子空穴对的复合。此外，C₂N/ZnO异质结的带边位置跨过了pH=2～7时的水氧化还原电位，同时拉伸应变可以增大其光催化水分解pH范围。特别地，C₂N/ZnO异质结保留了高载流子迁移率和优异的光吸收性能，太阳能-氢能(STH)转换效率可达到24.6%。因此，C₂N/ZnO异质结是一种具有应用前景的水分解光催化剂。     

一种紫外光谱测量的微型光纤光栅光谱仪设计

介绍了用于太阳紫外光谱250nm～450nm测量微型光纤光栅光谱仪,该谱仪采用C-T正交型结构,采用滨松自扫描光电二极管阵列(SSPD)为探测元件,介绍了谱仪的辐射定标和探测器驱动及数据采集电路设计,讨论了积分时间与信噪比之间的关系。     

自供能ZnO/ZnS异质结紫外探测器的性能研究

用化学浴法在ZnO纳米棒表面沉积ZnS制备出ZnO/ZnS核壳纳米棒阵列,使用SEM、XRD和XPS等手段表征了样品的形貌、结构和成分。结果表明,ZnO/ZnS核壳纳米棒阵列表面粗糙,生长致密、分布均匀,其平均直径约为150 nm。以Pt为对电极组装的自供能ZnO/ZnS异质结紫外探测器,对紫外光具有很好的探测性能,能循环工作且性能稳定。这种探测器对微弱的紫外光也有较强的响应和较高的光敏性,且随着光强度的提高光电流密度线性增大。与自供能ZnO纳米棒紫外探测器相比,ZnO/ZnS异质结紫外探测器具有更高的响应速度,上升时间和下降时间分别提高到0.02 s和0.03 s。     

不同尺寸ZnO的光催化性能比较及Zn2SnO4修饰纳米ZnO性能评价

研究了ZnO尺寸及Zn_2SnO_4(ZTO)对ZnO光催化性能的影响。通过胶体自组装法和水热合成法分别制备了两种不同尺寸的ZnO,应用X射线衍射、扫描电镜等手段对催化剂进行了表征,并以λ=365nm的紫外光为光源,以甲基橙模拟染料污染物,评价了不同尺寸ZnO的光催化活性和光稳定性。结果表明,纳米ZnO拥有更高的催化活性,而微米ZnO的光稳定性相对更佳。对拥有较高催化活性的纳米ZnO辅以ZTO修饰,考察了ZTO的复合对纳米ZnO催化性能的影响。结果表明,被ZTO修饰的纳米ZnO光稳定性有较大的提升,同时催化活性比单纯纳米ZnO得到提升。实验结果结合理论研究表明,异质结构型的复合催化剂能有效分离光生电子-空穴,而ZTO与ZnO的能带位置关系决定空穴转移至ZTO,有效阻止了空穴对ZnO的腐蚀作用。研究和理论共同证实了ZTO是ZnO光稳定剂的合适选择。     

5-异氰酸酯异肽酰氯/ZnO/超支化聚酰胺纳滤膜的制备及性能EI北大核心CSCD

为获得大通量抗污染纳滤膜,通过5-异氰酸酯异肽酰氯(ICIC)与超支化聚酰胺(HBPA)在聚丙烯腈(PAN)超滤膜表面的界面聚合反应,将纳米氧化锌引入聚酰胺分离层制备ICIC/ZnO/HBPA纳滤膜。扫描电镜(SEM),X射线能谱分析证实ZnO的存在;接触角测试结果显示,引入ZnO后膜表面亲水性增强,最小接触角为22.7°。与未加ZnO相比,加入ZnO的膜通量增大了约2.6倍,为102 L·m^-2·h^-1,且对NaCl,MgCl 2,Na2SO4和MgSO4的截留率提高。随着ZnO用量的增加,膜对大肠杆菌抑菌性增强。适当增大单体含量或延长界面聚合时间有利于提高膜对无机盐的截留率,但截留率顺序发生变化。当HBPA含量为0.8%(质量分数,下同)、ICIC含量为0.1%、ZnO用量为0.02 g、反应时间为10 min时,制备的纳滤膜对NaCl,MgCl2,Na2SO4和MgSO 4的截留率分别为60.8%,96.4%,95.1%,96.7%,通量分别达到53,54.7,53.7 L·m^-2·h^-1和54.7 L·m^-2·h^-1。     

ZnO纳米棒/石墨烯异质结构的应用研究进展

ZnO纳米棒具有优异的光学性质,石墨烯具有优良的电学性质并且可变形,制备出高质量ZnO纳米棒/石墨烯异质结构能够发挥两者协同效应,有望在高性能光电子器件中实现重要应用。综述了近几年来国内外关于ZnO纳米棒/石墨烯异质结构的最新研究进展,重点包括该结构的各种制备技术及特点,该结构在发光器件、太阳能电池器件、光电探测器以及光催化剂等方面的应用研究进展,最后展望了其未来发展趋势和研究重点。