低噪声、宽谱响应的碳纳米管薄膜-石墨烯复合光探测器

采用高纯半导体碳纳米管薄膜和石墨烯构建复合结构光探测器, 研究其光电响应特性。结果表明, 在光照下, 顶层石墨烯中的光生载流子通过碳纳米管与石墨烯之间薄的非晶硅层, 隧穿至底层的碳纳米管薄膜中, 在非晶硅层两侧分别富集电子和空穴, 形成光致栅压(Photogating), 有效地改变了碳纳米管薄膜晶体管的电流。器件在可见光(633 nm)条件下得到响应度为83 mA/W, 并在近红外波段范围内仍保持好的光响应特性。由于石墨烯具有宽谱光吸收特性, 半导体碳纳米管薄膜晶体管具有小的暗电流, 碳纳米管–石墨烯复合光探测器发挥了两种材料的优势, 为今后高性能宽谱光电探测器的制备奠定了基础。     

硒化铅量子点/石墨烯可见光敏晶体管的研究

石墨烯晶体管以其高载流子迁移率和宽波长范围光吸收在光探测方面得到了广泛研究.然而石墨烯极低的光吸收率限制了其响应灵敏度.以溶液法用氧化铅、硒粉、TOP为反应物一步合成硒化铅量子点,与湿法转移的单层铜基底石墨烯复合,制备硒化铅量子点/石墨烯光敏晶体管,利用石墨烯的高迁移率和量子点对光的高吸收效率提高晶体管的光响应,测试表明晶体管对波长370 895 nm范围内的光均有良好响应,在波长540 nm光强0.528μW/cm~2下的响应率达到了10~6A/W.     

杂原子掺杂石墨烯的制备及其光电转换性能研究

报道一种在离子液体辅助条件下通过小分子热分解聚合法制备硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的新方法.在对抽制备的石墨烯材料的形貌、光学性质、电学性质及半导体类型进行表征的基础上,进一步研究用电沉积方法组装的石墨烯光电极薄膜在光化学电池和固态光伏器件中的光电转换性能.实验结果表明,文中合成的掺杂石墨烯具有良好的光电转换性能,其中以硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的复合薄膜最佳,其光电化学电池的光电流达到(4.69±0.05)×10~(-5)A/cm~2,其固体器件的光电流响应为(5.38±0.38)×10~(-6)A/cm~2.     

高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm~2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.     

石墨烯晶体管研究进展

针对集成电路的特征尺寸小于10nm以下所面临的短沟道效应、隧道效应和制造工艺限制困难引发的研究热点——石墨烯能否替代硅,着重从数字晶体管、射频晶体管和柔性透明晶体管3个方面概括和分析了新型石墨烯晶体管的发展现状。分析认为:石墨烯平行纳米带阵列结构和异质结结构有望打开石墨烯禁带以实现大的电流开关比,将是石墨烯数字晶体管的研究热点;通过降低接触电阻、接入电阻以及衬底、栅介质的匹配来提高截止频率和最大振荡频率将是石墨烯射频晶体管的主要发展趋势;基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底和离子凝胶栅介质的柔性制造技术,最有希望在保证石墨烯高迁移率的基础之上实现全石墨烯透明柔性电路,使石墨烯晶体管得以实用,必将对集成电路行业产生巨大影响。     

锑层厚度对锑銫陰极光电发射的关系

我们的工作目的是为制造光电倍增管和其他光电元件提供一具有较高灵敏度的锑銫光电发射面。光电倍增管中的光电流是“背射”光电流(入射光与光电子逸出在光电阴极的二面)。对于“背射”光电流,实验确定,在其他条件相同时,存在一最佳之锑层厚度,相应于此锑层厚度的光电灵敏度最大。     

穿通增强型硅光电晶体管的结构及参数优化

为克服各种常用光电探测器件的缺点, 对穿通增强型硅光电晶体管进行了结构优化和参数优化。将窄基区穿通晶体管仅在一侧与宽基区光电晶体管复合的传统结构, 改进为窄基区穿通晶体管在中间, 两侧各复合一个长度减半的宽基区光电晶体管。同时, 对不同窄基区宽度下的暗电流、 光生电流及光电响应率等随偏压变化的电学性能和光电转换特性进行仿真, 得到窄基区宽度最优参数。然后对优化后的器件在不同光强下的光生电流和光电响应率随偏压的变化进行了仿真, 分析了器件在不同光强下的响应特性。结果表明, 当窄基区宽度为0.6 μm时, 器件性能折中达到最优, 在0.5 V偏压下, 器件暗电流仅为1 μA;入射光功率密度为10^-7 W/cm²时, 器件响应率高达4×10⁶ A/W。     

卟啉/氧化石墨烯复合物与抗坏血酸之间相互作用的光电响应研究

采用紫外可见吸收光谱法、荧光光谱法和光电化学法研究了卟啉/氧化石墨烯复合物与抗坏血酸之间的相互作用。研究发现:抗坏血酸存在下,卟啉/氧化石墨烯体系的吸光特性和强度均发生变化,同时加速激发态光电子从卟啉转移到氧化石墨烯的失活过程。光电化学测试进一步表明抗坏血酸参与了卟啉/氧化石墨烯体系的电子转移过程,增大了体系的光电流和光电压。提出了抗坏血酸参与卟啉/氧化石墨烯复合物体系光电子转移可能的模型。     

镁掺杂氧化铁膜电极光电流响应波形分析

在制得光响应较强且较稳定的镁掺杂氧化铁膜电极的基础上，用锁定放大器测定总光电流Ｉ＾ｓｐｈ及用直流电表测定稳态光电流Ｉ＾Ｒｐｈ，研究了镁掺杂氧化铁膜电极的光电流相应波形，提出了物理意义明确的数学表达式及光电化学过程等效电路。     

高响应率石墨烯-CsPbBr3量子点光电探测器

全无机金属卤化物钙钛矿材料CsPbX_3(X=Cl,Br,I)不仅有优异光电特性,还有比有机-无机杂化钙钛矿更好的热稳定性,在光电探测器领域有很大应用前景.但由于全无机钙钛矿材料自身迁移率较低,直接用于光电探测器其光响应率也很低,难以满足实际应用.以热注入法合成高质量的CsPbBr_3钙钛矿量子点材料,再将其与高迁移率的单层石墨烯薄膜相结合,构建出石墨烯-CsPbBr_3量子点复合光电探测器,光响应率高达3.5×10~4 A·W~(-1).研究表明引入石墨烯材料作为传输层后,CsPbBr_3量子点的光生电子空穴对得到有效分离并快速传输.两种材料界面处存在陷阱态,产生了光栅压效应,延长了载流子寿命.两种机制结合使复合光电探测器的光响应率大大提升.     

通过恰当控制入射光强度来准确测量普朗克常量

为了消除因光电流曲线的变化率的差异对确定截止电压的影响,提出了通过恰当地控制入射光强度,使不同频率的光电流曲线的变化率相同;为了消除光电流曲线的起始位置和线性部分的倾斜程度不同对确定截止电压的影响,提出了采用"平行等距法"确定截止电压;为了抑制漂移对测量的影响,提出了适当降低仪器的灵敏度,提高仪器稳定性的测量原则.实验结果表明:采取这些措施,测量普朗克常量相对误差由2.5%可降到0.7%.     

Au NPs decorated TiO2 nanotubes array candidate for UV photodetectors

This work reports the Au nanoparticles (NPs) deposited on TiO2 nanotubes (NTs) which were successfully synthesized by a simple two-step anodization method. This fabrication process is notable for a simple and inexpensive method for obtaining pure TiO2 NTs and Au NPs deposited TiO2 NTs. The prepared samples were characterized by field emission scanning electron microscope (FESEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and I-V curve. We found that the size of Au NPs can be controlled by changing the bias voltage during the deposition. The photodetectors of Au NPs/TiO2 devices showed good wavelength selectivity with high photocurrent as compared to pure TiO2 NTs devices. Subsequently, Au NPs deposited on TiO2 NTs at bias voltage of 70 V was potentially used in fabrication of UV photodetector. At this applied voltage, a high density of Au NPs was uniformly deposited on TiO2 NTs. As a result, it enables a high photocurrent and great responsivity in UV region. It is suggested that the Au NPs deposited TiO2 NTs device shows good promise for UV photodetectors with possibility to fine-tune properties in both UV and visible regions and is worthy of further investigation.     

硫化镉/石墨烯/TiO_2纳米棒阵列的光电化学性能

采用水热法在掺氟导电玻璃(FTO)上生长TiO_2纳米棒阵列。通过电化学伏安法将氧化石墨烯还原并沉积在TiO_2纳米棒阵列上,再经过化学水浴沉积硫化镉,形成Cd S/石墨烯/TiO_2阵列复合材料。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及X射线能量色散仪对样品的晶型、形貌以及成分进行分析。通过电化学工作站表征样品交流阻抗、开路电位、光电流响应及光化学能转换效率。结果表明,复合材料的电荷转移电阻约是未修饰的TiO_2纳米棒阵列的1/17,光电流比未修饰的TiO_2纳米棒阵列提高约2.5倍,在外加电压为-0.6 V时可达到2.2%。     

光强自助校准的太阳能电池 J-V 自动测试系统

为解决现有太阳能电池测试系统结构复杂、价格昂贵和使用不便等问题,研制了一种具有光强自动校准功能的太阳能电池 J-V( Current Density-Voltage) 特性测试系统,能实现多个太阳能电池器件的自动测 量。系统由计算机及测试软件、数字源表 Keithley2400、输出功率为 500 W 的氙灯光源及其驱动电源、多器件自动 切换及其测量电路、标准光电二极管组成的光电流测量电路及光强校准电路、氙灯工作时长测量电路等模块构成,上位机测试软件采用 Visual Basic 语言编写。测试软件依据在标准光电二极管测到的光电流,并通过单片机控制的调光电路输出相应的直流电压到氙灯驱动电源,实现了氙灯光强的自动校准和标准100 mW /cm2 AM1． 5太阳光谱的输出,同时测试软件通过数字源表和多器件自动测量电路分别测得各器件的 J-V 特性,并计算出器件的效率等参数。测试结果表明,该系统达到了既定的设计目标,具有成本低、自动化程度高且使用方便等特点。     

多量子阱自电光效应器件及其负阻特性

研究了ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多量子阱结构的电场光调制特性,测量了光反射谱、光电流谱和光电流电压特性。结果表明,在Ｉ－Ｖ特性中存在光电流负微分电阻区,由这种多量子阱材料制备的自电光效应器件（ＳＥＥＤ）观察到明显的量子限制Ｓｔａｒｋ效应。     

量子点敏化太阳能电池ZnO光阳极的制备及性能

先用水热法合成ZnO颗粒, 再用溶胶 凝胶法将ZnO颗粒制备成量子点敏化太阳能电池光阳极, 并通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光电流密度 电压曲线分析不同厚度的六方纤锌矿型ZnO光阳极对量子点敏化太阳能电池性能的影响. 结果表明, 增加量子点的吸附面积可使ZnO光阳极的UV-Vis谱吸收带边红移, 进而提升太阳能电池的光电转换效率.     

量子点敏化太阳能电池ZnO光阳极的制备及性能

先用水热法合成ZnO颗粒, 再用溶胶 凝胶法将ZnO颗粒制备成量子点敏化太阳能电池光阳极, 并通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光电流密度 电压曲线分析不同厚度的六方纤锌矿型ZnO光阳极对量子点敏化太阳能电池性能的影响. 结果表明, 增加量子点的吸附面积可使ZnO光阳极的UV-Vis谱吸收带边红移, 进而提升太阳能电池的光电转换效率.     

Quasi—solid—state nanocrystalline TiO2 solar cells using gel network polymer electrolytes based on polysiloxanes

A quasi-solid-state dye-sensitized manocrystal-line porous TiO2 film solar cell was fabricated using a novel gel network polymer electrolyte based on polysiloxanes with both polyethylene oxide internal plasticized side chains and quaternary ammonium groups.The cell exhibited better photoelectrical conversion performance under 60 mW/cm^2 irradiation.The short photocurrnt (Isc) of 5.0mA/cm^2 and open voltage(Voc) of 0.68V were achieved,and the energy conversion efficiency(η) and fill factor (ff) were 3.4% and 0.60,respectively.     

多碱光电阴极单色光电流测试技术研究

多碱光电阴极的单色光电流实质上反映的是其在该单色光照射下的量子产额。该文阐述了单色光电流的测试原理和影响量子产额的因素,介绍了多碱光电阴极多信息量测试系统,该系统可在多碱光电阴极制备过程中在线测试、处理阴极的单色光电流,测得的曲线有助于分析和指导工艺,从中还可得到光电子逸出深度的信息。该文给出并分析了在该系统应用于玻璃阴极实验管制备过程中的测试结果。