基于氧化锌镁纳米棒的柔性日盲紫外探测器研究

As an important part of flexible optoelectronic system, flexible solar-blind UV detectors based on nanomaterials show high sensitivity and good mechanical stability and have attractted much attentions. The project focuses on the interrelations among MgxZn1-xO nanorods synthesis, seed growth and nanorod surface modification, and aims at exploring the high quality MgxZn1-xO nanorods synthesis method and mechanism, revealing the evolution process and mechanism of the light response of flexible MgxZn1-xO nanorods solar-blind UV detector under mechanical stress, proposing the technical solutions to improve the light response characteristics and mechanical stability of the UV detector. Research contents include: 1. Correlation analysis of seed crystal growth and MgxZn1-xO nanorods synthesis, and research of the regulation of seed crystal growth on MgxZn1-xO nanorods structural characteristics; 2. Study of the effected mechanism of surface modification process on the MgxZn1-xO nanorods characteristics;3. Characteristic simulation and experimental analysis of flexible MgxZn1-xO nanorods UV detector; 4. Deductive process and mechanism analysis of the stability of flexible MgxZn1-xO nanorods UV detector under mechanical stress and research of the improvement method of optical, mechanical and electrical properties of the detector. The project is conducive to breaking through the technical bottleneck of the flexible solar-blind UV detector, and providing technical support for enhancing the light response and mechanical stability of the detector.

作为柔性光电子系统重要组成部分，基于纳米材料的柔性日盲紫外探测器展示出高灵敏度及良好机械稳定性而备受关注。本项目以MgxZn1-xO纳米棒合成与籽晶生长和表面修饰的关联性为研究重点，探索高质量MgxZn1-xO纳米棒合成方法及机理，揭示机械应力作用下柔性MgxZn1-xO纳米棒日盲紫外探测器光响应特性的演绎规律及机制，提出改善探测器光响应特性和机械稳定性的技术方案。研究内容包括：1.籽晶生长和MgxZn1-xO纳米棒合成的关联性分析，研究籽晶生长对MgxZn1-xO纳米棒结构特性的调控；2.研究表面修饰过程对MgxZn1-xO纳米棒特性的影响机制；3.柔性MgxZn1-xO纳米棒紫外探测器特性仿真与实验分析；4.柔性MgxZn1-xO纳米棒紫外探测器稳定性演绎过程和机理及光、机、电特性改善方法研究。本项目有利于突破柔性日盲紫外探测器的技术瓶颈，为增强器件光响应特性和机械稳定性提供技术支撑。

目前，随着柔性电子器件日益普及，柔性光电子学蓬勃发展，其中集成传感和探测功能的柔性光电子器件已引起了国内外研究者的广泛关注。作为柔性光电子器件重要的组成部分，柔性光电探测器正朝着高性能、低成本、大面积的方向发展，因而柔性光电探测器的设计与制备研究备受重视。紫外探测技术在军队国防、环境监测、火灾探测和生物检测等方面有着广阔的应用前景。而氧化作为直接带隙的宽禁带（3.37eV）半导体材料，是紫外光电器件的理想材料。根据柔性日盲氧化锌基紫外探测器对光电性能和机械稳定性的要求，本项的研究主要包括四个方面的内容。一是纳米棒阵列生长及其缺陷态的调控，设计氧化锌纳米棒阵列的生长参数，通过对比实验证明了PEI引入可以减少氧化锌纳米棒表面存在的氧空位，从而改善探测器性能，器件光暗电流比高达1.72×105，响应度为56.37A/W，探测率2.39×1014 Jones，响应速度加快了3倍。二是柔性纳米棒探测器的机械稳定性和电学可靠性的测试研究。采用PI基底作为柔性器件的衬底制备氧化锌纳米棒阵列紫外探测器，在经过10000次的弯曲循环后，器件的光电流仍基本保持稳定，没有出现明显的衰减或恶化。三是引入纳米复合材料修饰紫外光敏层，改善日盲紫外探测器性能。将锐钛矿相的TiO2纳米晶体包覆在GDY颗粒上，制备了TiO2:GDY纳米复合材料。然后采用TiO2:GDY纳米复合材料修饰横向双层膜紫外光电探测器。由于TiO2:GDY纳米复合材料与掺镁氧化锌薄膜之间形成了体异质结，由此制备了一种对深紫外光敏感的高效日盲紫外光电探测器。器件在245 nm波段下的光电流高于365 nm波段光电流近1000倍，表明器件具有显著的长波长抑制响应，可实现日盲紫外探测。四是ZnO/ZnMgO核壳结构的构建及其双波段紫外特性的研究，器件表现出优异的光学和电学特性：高的光暗电流比，快速的响应速度，良好的稳定性和可重复性，这为制造多功能、波长可调节的紫外探测器提供了一种方法。