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电荷耦合器件光电响应特性标定研究

强激光与粒子束 2006年第2期18卷 227-229页

作者：李恩德段海峰杨泽平王海英张雨东中国科学院光电技术研究所

电荷耦合器件(CCD)光电输入输出响应特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数,介绍一种新的标定方法———小孔衍射方法:即利用小孔衍射图像的零级谱的能量相对分布作为CCD能量的标准参考输入,依据最小二乘拟合准则,根据CCD的灰... 详细信息

电荷耦合器件(CCD)光电输入输出响应特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数,介绍一种新的标定方法———小孔衍射方法:即利用小孔衍射图像的零级谱的能量相对分布作为CCD能量的标准参考输入,依据最小二乘拟合准则,根据CCD的灰度输出标定其响应特性。介绍了数据处理方法并完成了校核实验及误差分析。

关键词：电荷耦合器件(CCD) 光电响应特性小孔衍射

基于AZO籽晶层生长ZnO纳米棒阵列异质结光电响应特性的研究

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基于AZO籽晶层生长ZnO纳米棒阵列异质结光电响应特性的研究

作者：张玉珠天津理工大学

学位级别：硕士

ZnO是典型的n型宽禁带半导体,具有优异的光学和电学性质。一维ZnO纳米棒阵列(ZnO NRs)具有比表面积大,电子定向传输等优势,被广泛应用于紫外光探测器。但是ZnO NRs表面和体内缺陷较多,作为载流子捕获中心,不利于载流子传输。基于ZnO NR... 详细信息

ZnO是典型的n型宽禁带半导体,具有优异的光学和电学性质。一维ZnO纳米棒阵列(ZnO NRs)具有比表面积大,电子定向传输等优势,被广泛应用于紫外光探测器。但是ZnO NRs表面和体内缺陷较多,作为载流子捕获中心,不利于载流子传输。基于ZnO NRs异质结的紫外光探测器性能如光灵敏度、光响应速度、光响应率等有待进一步提高。有效降低ZnO NRs缺陷态和表面态,提高载流子传输是ZnO NRs基光探测器亟待解决的问题。本论文利用简单的化学浴沉积法制备ZnO NRs,利用Al掺杂ZnO籽晶层薄膜(AZO)调控ZnO NRs形貌、结晶质量以及光电性能。将ZnO NRs分别与Au电极构筑肖特基结,与CuSCN和MoS纳米片复合构筑异质结,利用结区内建电场促使光生载流子有效分离。具体研究内容和结果如下:(1)在不同Al掺杂浓度的AZO籽晶层薄膜上生长ZnO NRs,研究AZO籽晶层薄膜对ZnO NRs形貌、结晶质量以及光电性能的影响,进而研究Au/ZnO NRs/AZO肖特基结光电响应特性。研究表明Al掺杂浓度为0.5%的AZO籽晶层(AZO(0.5%))薄膜表面粗糙度小,透光率高且载流子浓度大。AZO(0.5%)籽晶层薄膜生长的ZnO NRs比较致密、结晶质量较好、缺陷较少、紫外透光性高、载流子浓度大、表面耗尽区窄。致密的ZnO NRs与Au电极紧密的接触降低了漏电流。Au/ZnO NRs/AZO肖特基结在+2 V偏压,360 nm(3.2 mW/cm2)紫外光照下呈现光电响应特性,并且AZO(0.5%)籽晶层薄膜生长ZnO NRs构筑的肖特基结光电流和光响应率较大。(2)在AZO籽晶层薄膜生长的ZnO NRs上电化学沉积CuSCN,构筑p-CuSCN/n-ZnO NRs异质结,研究异质结的紫外光电响应特性。研究发现电化学沉积的CuSCN颗粒呈类金字塔形,且完全覆盖了ZnO NRs表面。CuSCN薄膜避免了Au电极和ZnO NRs直接接触,减小了异质结的漏电流。电学测试结果表明CuSCN/ZnO NRs异质结具有整流特性,光照下有光伏效应,在无外加电场的驱动下可以实现自驱动光响应。无外加电场驱动下,CuSCN/ZnO NRs异质结对紫外光具有很好的光谱选择性,并且AZO(0.5%)籽晶层薄膜生长ZnO NRs构筑的CuSCN/ZnO NRs异质结自驱动光电流较大,响应率约为22.5 m A/W,这可归因于增强的ZnO NRs紫外光吸收和良好的载流子传输特性。(3)在AZO(0.5%)籽晶层薄膜生长的ZnO NRs上旋涂液相剥离获得的MoS纳米片,构筑MoS/ZnO NRs异质结,研究其光电响应特性。研究发现MoS纳米片垂直站立于ZnO NRs表面,异质结呈现紫外光、红光波段光电响应特性。MoS纳米片层数越少,电子沿层内传输的通道越多,MoS纳米片与ZnO NRs表面的接触电阻越小,异质结在紫外区和红光区呈现出的光电流、光响应率越大。

关键词： AZO籽晶层薄膜 ZnO NRs MoS2纳米片肖特基结异质结光电响应特性

原位制备二硫化铼基薄膜光电极及其光电响应特性研究

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原位制备二硫化铼基薄膜光电极及其光电响应特性研究

作者：王佳伟西北大学

学位级别：硕士

近年来,环境污染和能源短缺问题越发严重。因此,迫切需要一种污染小、储量大的清洁能源出现。而在众多清洁能源中,氢气由于其热值高、无污染的特性被视为一种潜力巨大的能源。所以,氢气的生产及存储技术近年来成为研究热点。作为一种新... 详细信息

近年来,环境污染和能源短缺问题越发严重。因此,迫切需要一种污染小、储量大的清洁能源出现。而在众多清洁能源中,氢气由于其热值高、无污染的特性被视为一种潜力巨大的能源。所以,氢气的生产及存储技术近年来成为研究热点。作为一种新型制氢技术手段,光电催化产氢能够模拟光合作用产生氢气,被视为一种高效、可持续的制氢技术。然而,传统氧化物半导体中光谱响应范围窄、载流子迁移慢、电子空穴对复合快等问题制约着该技术的进一步发展。过渡金属硫化物二硫化铼(ReS)由于其独特的晶体结构和较窄的带隙,使其能够对紫外/可见/近红外波段的宽光谱进行响应,电子在其层内迁移率比层间快3倍。同时,单层和块体ReS始终保持直接带隙半导体特性。这些性质使其成为一种有潜力的光电催化材料。然而,目前ReS的研究主要集中在光探测、电催化领域,在光电催化领域的研究较少。本文主要通过原位法制备ReS,探索其在光电催化产氢领域的应用。本文研究内容为:(1)研究不同用量的柠檬酸(CHO)对二维ReS纳米片微观形貌及其光电响应特性的影响。首次利用原位水热法生长ReS薄膜光电极,发现CHO用量小于8.1mg/m L时,能够得到纳米球状ReS薄膜光电极;用量大于等于8.1 mg/m L时,可以得到得到花状光电极,并对不同形貌ReS样品的光电响应性能进行比较分析。研究表明,相比纳米球形貌光电极,纳米花形貌ReS光电极具有更优异的光电响应性能,纳米花形貌电极光电流密度可以达到-213μA/cm,相比纳米球形貌电极光电流密度增长约5.8倍。分析认为花状形貌电极电化学比表面积为215.5 m,相比球状形貌电极电化学比表面积增大2倍,由于更大的比表面积能够承载更多活性位点,进而有利于吸附游离的H离子进行反应。(2)研究不同种类的酸对二维ReS纳米片生长及其光电响应特性的影响。通过更换不同种类的酸调控溶液p H值,研究其对ReS纳米片薄膜生长和光电响应性能的影响。研究表明,随着酸的加入,溶液中游离H离子数目增多,Na S的水解反应会加快并释放出HS促进ReS薄膜生长。在溶液p H=2时,加入强酸(HCl、HSO)会由于H释放过快导致Na S迅速水解,大量HS提前释放导致ReS薄膜无法形成。而弱酸(CHO、HL、HAc)能够缓慢释放H促进HS的释放,从而促进ReS薄膜生长。(3)构建并制备ReS/InSZ型异质结并研究其光电响应特性。首次通过两步原位水热法依次制备ReS和InS薄膜,研究高电子迁移率材料ReS对载流子分离能力偏弱的InS的影响。研究表明,ReS/InS异质结的光电流密度为97.86μA cm,相比单体InS电极光电流密度增长约3倍。同时,ReS引入后,会与InS形成Z型结,抑制InS上光生载流子的复合,加快并增强光生载流子的分离传导能力和氧化还原能力,致使样品光电响应特性增强。

关键词：二硫化铼光电极光电响应特性原位水热法

基于TiO2纳米棒阵列异质结光电响应特性研究

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基于TiO2纳米棒阵列异质结光电响应特性研究

作者：高艳艳天津理工大学

学位级别：硕士

TiO是一种典型的宽禁带半导体材料,禁带宽度在3.0-3.2 eV之间。由于其具有优良的物理和化学性质,广泛地应用于光催化、光探测器件等领域。高度有序的TiO纳米棒阵列(TiO NRs)具有比表面积大,载流子定向传输等优势。TiO NRs通常采用低温... 详细信息

TiO是一种典型的宽禁带半导体材料,禁带宽度在3.0-3.2 eV之间。由于其具有优良的物理和化学性质,广泛地应用于光催化、光探测器件等领域。高度有序的TiO纳米棒阵列(TiO NRs)具有比表面积大,载流子定向传输等优势。TiO NRs通常采用低温化学方法合成,在制备过程中容易产生大量缺陷态,引起载流子复合,不利于载流子的传输。因此,降低TiO NRs缺陷态,提高载流子传输性能尤为重要。本论文主要研究内容和成果如下:(1)采用水热法制备TiO NRs,在其表面利用化学浴沉积法(CBD)制备NiO纳米片,构筑NiO/TiO NRs异质结器件。Ni O/TiO NRs异质结器件呈现出良好的整流特性,在无外界偏压,紫外光照下异质结光电流大,光响应速度快,实现自驱动紫外光探测。研究发现NiO纳米片的沉积时间影响异质结器件紫外光响应特性。NiO纳米片生长时间为8 min制备的异质结器件整流比和紫外光照下的光电流最大,这与NiO/TiO NRs较好的界面接触和Ni O纳米片较高的空穴传输性能有关。另外,采用Ag和Au两种金属材料作为异质结器件的顶电极,研究发现Au电极的异质结器件自驱动紫外光电流较大,这归因于Au的功函数与NiO纳米片的费米能级相近,有利于空穴载流子的收集。(2)TiO NRs的结晶质量、取向性等影响NiO/TiO NRs异质结器件的光电响应特性。利用在FTO基底表面沉积TiO薄膜提高TiO NRs结晶质量、取向性以及光电特性,进而提高NiO/TiO NRs异质结自驱动紫外光电响应特性。研究表明TiO薄膜提高了TiO NRs的结晶质量、取向性和致密度,减少了纳米棒表面缺陷态,降低了表面耗尽层厚度,增大了载流子浓度,从而提高了异质结器件在零偏压的光电流、光响应度、可探测率以及光响应速度。TiO NRs高的取向性和致密度有利于光生载流子定向传输,增大NiO/TiO NRs的结区面积,减少载流子俘获陷阱,进而促进光生载流子的分离。生长在TiO薄膜的NiO/TiO NRs异质结器件,紫外光照自驱动光响应度达到5.66 mW/cm。(3)二维MoS纳米片层内载流子迁移率高,广泛应用于光催化以及光电子器件领域。采用水热法在FTO基底和TiO NRs生长MoS纳米片,研究初始反应物浓度和基底对MoS成核和生长的影响。研究发现初始反应物浓度较低时,MoS纳米片部分覆盖于FTO基底和TiO NRs,随着反应物的增加,MoS纳米片自组装成纳米花。高浓度的反应物可提供较多的Mo源和S源,促进MoS的成核和生长。MoS纳米片在TiO NRs基底上更容易生长,可在纳米棒侧壁和顶端生长,TiO NRs的侧壁(101)晶面有利于MoS的成核和生长。MoS/TiO NRs复合纳米结构对紫外光和红光呈现光响应特性,Mo源为4 mM获得的异质结光电响应特性最好,这归因于良好的异质结界面和MoS纳米片的传输性能。

关键词： TiO2 NiO纳米片 MoS2纳米片异质结光电响应特性

SiC弱修饰的Si二维纳米结构光电流响应特性

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SiC弱修饰的Si二维纳米结构光电流响应特性

作者：高杨大连理工大学

学位级别：硕士

近几年来,纳米硅材料由于具有独特的光学和电学特性,在基础研究和应用研究领域引起广泛关注。目前采用溶胶凝胶法、化学气相沉积法、模板法等方法制备的纳米硅材料虽然可以稳定存在于空气中,但是这些方法制备出的纳米结构表面都覆盖着... 详细信息

近几年来,纳米硅材料由于具有独特的光学和电学特性,在基础研究和应用研究领域引起广泛关注。目前采用溶胶凝胶法、化学气相沉积法、模板法等方法制备的纳米硅材料虽然可以稳定存在于空气中,但是这些方法制备出的纳米结构表面都覆盖着大量的硅氧键。由于硅的氧化物层没有传导电子的能力,导致这些纳米硅材料的导电性能大大下降或没有导电性,从而限制了这些纳米硅材料的应用范围。本实验采用直流电弧放电法以工业硅块和甲烷作为硅源和碳源合成了硅及含有少量碳化硅的硅纳米复合物粉体,探讨了反应气氛中各种气体的比例、惰性气体种类对合成产物形貌的影响。研究结果表明,直流电弧等离子体中的气氛种类及分压比率,可直接用于调控纳米Si产物的晶体结构与形态。本论文旨在提供一种利用气相法掺杂所需元素制备掺杂纳米硅材料的方法,在精确控制纳米硅材料的尺寸和性能的同时,实现掺杂纳米硅材料的规模化制备,本实验在合成的过程中对纳米硅进行原位可控元素掺杂,提高纳米硅材料的导电性和光电响应性能,并将制备的掺杂纳米硅作为光电极材料组装成超级电容器进而测试纳米硅材料的光响应性能。首先使用自动控制直流电弧纳米粉体生产设备在通入氢气、惰性气体和含有掺杂元素气体的混合气氛中,以钨电极为电弧阴极,硅块为电弧阳极,引弧蒸发硅块原料,在原位制备的基础上一次性得到掺杂的纳米硅材料。本实验原料来源丰富,制备过程简单,可规模化制备;产物环境友好无污染,结构新颖;掺杂元素的加入,提高了纳米硅结构的光电特性。我们主要完成了纳米硅材料的前期制备及其微观结构、形貌组成及光响应性能的表征,测试手段包括XRD、TEM、FTIR、XPS、拉曼衍射及电化学工作站。结果表明在掺碳之后硅的光响应范围会向宽光谱方向移动,光电流明显增加。经测试计算,Si和Si-C-100的纳米片在液态有机电解质中,它们对紫外光的光响应电流依次为0.037、0.072m Ag,对可见光的光响应电流依次为0.0089、0.0056 mAg,对单色光的光响应电流依次为0.013、0.0062mAg,在全光谱下Si和Si-C-100的光响应电流依次为0.034、0.078mAg。由此可见Si对紫外光的光电响应能力最强,说明小尺寸二维结构有利于提高Si的光电响应效率。

关键词：直流电弧等离子体硅纳米材料纳米碳硅复合材料光电响应特性

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可见光通信系统中硅光电池响应特性研究

光电子．激光 2015年第3期26卷 474-479页

作者：郭俊清陈雄斌李洪磊黄涌陈弘达中国科学院半导体研究所北京100083

提出了一种普通室内照明条件下光能量和光信号无线复用传输的可见光通信(VLC)方式。与传统的VLC不同,采用Si光电池阵列替代Si光电二极管(PIN)和雪崩二极管(APD)做VLC接收机探测器,在进行可见光数据通信的同时,接收的光能量转换为电能给... 详细信息

提出了一种普通室内照明条件下光能量和光信号无线复用传输的可见光通信(VLC)方式。与传统的VLC不同,采用Si光电池阵列替代Si光电二极管(PIN)和雪崩二极管(APD)做VLC接收机探测器,在进行可见光数据通信的同时,接收的光能量转换为电能给锂电池充电。基于载流子输运模型分析了环境光照度与Si光电池阵列光电响应速度的关系,通过实验测试验证了普通室内照明条件下Si光电池的响应特性和输出电压特性。研究结果表明,随着光照度的增加,Si光电池阵列输出电压和响应速度均增加,当探测器距离LED光源1.8m、照度为380lx时,通过优化设计放大电路,探测器响应速度可达300kHz,输出电压可达2.8V,满足信号探测和升压型电池充电电路的要求。

关键词：可见光通信(VLC) 能量自给 Si光电池阵列光电响应特性载流子输运模型

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线阵CCD光电响应非线性特性测定与分析

光电工程 2015年第7期42卷 19-23页

作者：赵友全江磊何峰翟瑞伟刘潇徐巧艳天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

线阵CCD广泛用于弱光的检测,但设置不当容易使器件工作进入非线性区。本文就其光电响应的两个因数—光强和积分时间,分别设计了实验并验证了CCD工作的非线性效应。利用LED的光通量—电流响应特性,研究了用LED发光来测定CCD输出与光强之... 详细信息

线阵CCD广泛用于弱光的检测,但设置不当容易使器件工作进入非线性区。本文就其光电响应的两个因数—光强和积分时间,分别设计了实验并验证了CCD工作的非线性效应。利用LED的光通量—电流响应特性,研究了用LED发光来测定CCD输出与光强之间的关系;用标准灯照明,通过改变积分时间研究CCD输出与积分时间之间的关系。观察两个实验结果,采用晶体管模型来分析CCD的光电响应特性,分别对线性区和非线性区做了对比。结果表明,线阵CCD的非线性效应明显,实际应用中应充分利用其优异的线性响应特性。

关键词：光电响应特性 LED 积分时间非线性

二维过渡金属硫族化合物MoS2和WSe2的光电特性研究

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二维过渡金属硫族化合物MoS2和WSe2的光电特性研究

作者：司珂瑜西北大学

学位级别：硕士

以石墨烯(graphene)和二维层状硫族化合物(transitional metal dichalcogenides,TMDs)为代表的二维层状纳米材料已经在光电子器件、半导体光电化学和太赫兹(terahertz,THz)光电子学等领域表现出了优良的性能和广阔的应用前景。作为两种... 详细信息

以石墨烯(graphene)和二维层状硫族化合物(transitional metal dichalcogenides,TMDs)为代表的二维层状纳米材料已经在光电子器件、半导体光电化学和太赫兹(terahertz,THz)光电子学等领域表现出了优良的性能和广阔的应用前景。作为两种典型的TMDs类材料,MoS和WSe凭借其可调控的带隙和在可见光至红外波段的光谱响应以及超快瞬态THz电导率,在光电子器件、光电化学(photoelectrochemistry,PEC)和THz光谱学等方面具有潜在的应用价值。本论文围绕MoS和WSe两种TMDs及MoS/WSe异质结的制备和光电化学响应性能,以及WSe材料的THz发射特性,主要从以下四个方面开展了研究:(1)利用液相剥离(liquid phase exfoliation,LPE)法和真空抽滤转移法,我们制备了二维MoS薄膜光电极。在课题组前期对MoS的PEC光电响应特性研究的基础上,我们利用退火煅烧的手段对MoS的光电响应特性作出调控。通过PEC测试手段,我们对经退火处理和未退火处理的样品PEC光电响应的差异进行了观察比较。然后,我们通过X射线衍射光谱(X-ray diffraction,XRD)、拉曼(Raman)光谱、可见-近红外吸收光谱和电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)等表征测试手段对光电响应增强的内在机理作出了合理的解释。我们的工作为提高太阳能电池、光催化和光敏器件等PEC应用中MoS及其它TMDs光电极的性能提供了一条简单而廉价的途径。相关的工作发表在Ceramics International期刊上。(2)我们基于LPE法和真空抽滤转移法制备了二维层状WSe光电阳极。在课题组前期对其它TMDs材料PEC光电响应性能调控方法研究的基础上,通过控制抽滤过程中WSe分散液的体积来控制薄膜光电极的厚度,从而有效地调控样品的光电响应性能。XRD、Raman光谱和吸收光谱证明了厚度与抽滤体积的依赖关系,而PEC测试表征(J-V和J-t曲线)证明了光电响应与样品厚度的依赖关系。通过EIS和莫特-肖特基(Mott-Schottky,M-S)测试,我们对光电响应提升的内在机理有了合理的解释。本工作为如何提高WSe以及其它二维材料光电极的光电响应特性提供了一条切实可行的思路。(3)由于已有的增强PEC光电响应的手段具有局限性,故我们结合LPE法和真空抽滤转移法制备了MoS/WSe异质结光电阳极,并希望通过构建异质结构的手段来提高单一材料光电极的光电响应性能。我们通过透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)图像、XRD和Raman光谱观察到异质结构的形成。然后,我们通过X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)研究了异质结材料的化学成分,并证明了异质结的形成。根据PEC测试,我们可以观察MoS/WSe异质结具有增强的光电响应性能。此外,EIS和Mott-Schottky测试有力地证明了异质结形成之后载流子的复合被抑制,电极/电解液界面处的低阻抗以及较高的载流子输运性能是光电阳极PEC光电响应性能提升的原因。再者,能带排列结构和载流子转移模型的建立能够帮助解释光生载流子行为,并为PEC光电性能增强的机制提供了理论依据。我们的研究结果为MoS/WSe异质结光电阳极及基于其它TMDs材料的异质结的制备奠定了基础,为提高PEC应用中电极的光电性能提供参考。(4)THz产生光谱不仅可以帮助我们理解超快激光与WSe的相互作用,还可以帮助我们找到一种基于TMDs的新型THz辐射源。因此,基于课题组前期对其它TMDs材料的THz发射特性的研究,我们利用THz发射光谱对单层和块体WSe的THz发射进行了研究。由于波长为800 nm的飞秒激光的单光子能量不足以将带隙较宽的单层WSe激发出THz辐射,故我们的工作重心转移到块体WSe的THz辐射产生上。通过多种变量依赖的THz产生实验和理论分析,我们得出WSe中THz辐射产生的主要机理是基于表面耗尽场对光生载流子加速而产生瞬态光电流的表面场效应。其中,由于光生载流子在样品表面的累积而导致的屏蔽作用,THz辐射信号随泵浦能量密度的增加呈现出饱和效应。另外,通过分析THz产生光谱和Raman光谱,我们确定了块体WSe晶体的激光损伤阈值约为3.11 mJ/cm。最后,我们分析了表面耗尽场的形成过程,并且我们计算出它的场强约为5.256×10 V?m,且其宽度约为115 nm。我们的结果为研究超快激光与层状WSe的相互作用提供了依据,为研制基于TMDs材料表面场效应的新型THz辐射源奠定了基础。相关的工作发表

关键词：二维层状材料二硫化钼(MoS2) 二硒化钨(WSe2) 光电响应特性太赫兹(THz)辐射

两步法制备硒化铟纳米片、光电特性的研究及中学物理实验教学探究

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两步法制备硒化铟纳米片、光电特性的研究及中学物理实验教学探究

作者：陈利达西北大学

学位级别：硕士

中学物理实验是中学阶段重要的课程,与课本理论知识相互补充、相互印证,也是检验理论知识的标准,但是物理实验课程长期存在不被重视、模式僵硬死板等问题,这些问题大大地降低了学生学习的兴趣,影响了学生的学习效率,同时,学生动手能力... 详细信息

中学物理实验是中学阶段重要的课程,与课本理论知识相互补充、相互印证,也是检验理论知识的标准,但是物理实验课程长期存在不被重视、模式僵硬死板等问题,这些问题大大地降低了学生学习的兴趣,影响了学生的学习效率,同时,学生动手能力与创新能力得不到有效的锻炼,这将会对学生未来学习与工作产生负面影响,因此,推进中学物理或者说基础学科实验课程革新与发展就显得很有必要。随着工业革命与经济全球化的到来,全球进入经济急速发展的阶段,随之而来的不断需求的化石燃料,如煤、石油、天然气的大量的开采为经济发展提供了保障。进而带来的生态与环境的破坏,环境污染以及全球气候变暖等一系列的问题对人类的生存条件与居住环境带来的极大的损害。并且这些能源燃料不可再生且储量有限,因此人类对能源的迫切需求和可持续发展迫使科学家们亟需寻找清洁、可再生的、环境友好的新能源。近年来,二维材料因其独特的物理,化学,光学等特性在光电化学储能、光电传感器、太阳能电池等领域得到初步发展与应用,但仍处于摸索与探究阶段。InSe作为一种重要的Ⅲ-Ⅵ族半导体,存在三种晶相(β,γ,ε),这三种晶相结构与石墨烯结构非常相似,层间为六方结构,层与层之间依靠微弱的范德华力结合,是一种新兴起的层状二维材料,除此之外,还有一种少见的立方晶相。因其较窄的禁带宽度,良好的可见光吸收特性,被广泛的应用于太阳能电池与场效应晶体管(FETs)等其他领域,但因为其合成工艺较为复杂,制备要求较为苛刻,且价电子容易失配,易形成像InSe,InSe,InSe,InSe,InSe等不同化学计量比的半导体等特点限制了其进一步发展。因此找到一种简单且成本可控的制备方法亟待解决。本文主要探究如何找到一种简单且高效的制备方法,主要通过简单的溶剂热-退火两步法成功制备出无规则纳米薄片,并且通过工艺优化,改变不同的溶剂与还原剂,优化溶剂热的时间,退火温度与时间,进一步提高了其光电响应特性,并且从光电流产生机理方面(结晶度、吸收、形貌以及阻抗)合理的解释了光电流密度提高的根本原因。本文研究内容如下:(1)选择不同的还原剂(水合肼、乙二醇)与溶剂(去离子水、乙醇),探究不同还原剂与溶剂对材料、形貌以及性能影响,对不同还原剂与溶剂对其形貌与性能影响的主要原因进行了探究以及不同还原剂与溶剂优缺点做了比较,实验结果显示,还原剂与溶剂在材料成核生长的过程中发挥了重要作用,将直接影响材料的形貌进而影响其性能;(2)找到合适还原剂与溶剂,成功寻找到合适的的制备方法,并对材料做一些基本的表征(XRD,SEM,EDS,TEM,HRTEM,XPS,UV-vis),进一步分析了材料的性能,结果显示,材料为目标材料InSe,但存在其结晶度不够高、形貌不规整以及光电流不够大等缺点;(3)针对合成出的材料存在的缺点,需要对制备方法进行工艺优化,通过测试不同制备条件下的光电响应特性,指导优化制备条件,包括溶剂热的时间(12 h、24 h)、退火温度(250℃、300℃)与时间(2 h、4 h、6 h),进一步优化其结晶度、形貌等来提升光电性能,约为15.9μA/cm,提高约2.8倍,并从光电流产生机理方面(结晶度、晶格缺陷、表面微结构、光吸收、阻抗)对光电流密度提高的原因做出合理的解释。(4)通过自身科研经历与体会,结合教学实践,发现在中学物理实验教学中存在的实际问题,并逐一提出一系列相应策略与方案,并且追赶科技的浪潮,将先进手段合理地引入课堂,为未来实验教学提供新思路。

关键词： InSe 纳米片工艺优化光电响应特性教学探究