量子点敏化氧化锌基复合材料的制备及快速光响应特性研究

According to the oxygen adsorption and desorption in ZnO surface, which restrict device fast response in the ZnO-based detector. In this project we intends to carry out the basic research of quantum dot sensitized ZnO/Graphene composite materials and UV detector. ZnO nanoarray surface was passivated by CdS - CdSe core-shell quantum dots , it not only give full play to the leading role of photogenerated electron-hole but also solve the detector response speed limit from the oxygen adsorption and the slow physical processes of light analytical. The passivation layer of material selection also be considered through the band modulation relationship between the composite materials. Finally, we set up hole trap to achieve fast separation of photogenerated carriers and improve the light response efficiency to enforce high speed low noise of CdS - CdSe core-shell quantum dot sensitized ZnO/Graphene composites UV detector.

针对ZnO基探测器中存在的氧吸附／光解析这一缓慢物理过程对器件快速响应制约的难点问题，本项目拟开展应用于紫外探测器的量子点敏化ZnO/Graphene复合材料及其器件的应用基础研究。本项目中考虑到Graphene电极高迁移率和透光性的充分发挥，ZnO纳米阵列直接生长在Graphene电极上，以此构成肖特基接触型紫外探测器的原型。通过CdS-CdSe核壳量子点对ZnO纳米阵列进行表面钝化，不但可以解决由于氧吸附和光解析的缓慢物理过程对探测器响应速度的限制，充分发挥光生电子-空穴主导作用；而且该钝化层的材料选择上还考虑了结合材料间的能带调制关系，设置空穴势阱，实现光生载流子的快速分离，提高光响应效率，最终获得高速低噪的CdS-CdSe核壳量子点敏化ZnO/Graphene复合材料紫外探测器。

ZnO等宽禁带半导体具有优异和独特的物理特性，是重要的第三代半导体材料。建立有效的能带结构调控的方法；揭示载流子的注入、传输和复合的规律和机制；设计和构建新原理的光电器件等是实现宽禁带半导体带流子的有效利用和功能多样化，发展新型光电子器件，推动第三代半导体材料应用和发展的关键科学问题和难点。.本研究项目，针对ZnO基探测器中存在的氧吸附/光解析这一缓慢物理过程对器件性能制约的难点问题，开展了量子点敏化的ZnO复合材料及其器件的应用基础性研究。开展了Graphene 制备及转移技术研究、Graphene/ZnO复合结构材料制备及物性研究、量子点敏化ZnO材料及性质研究和束缚态载流子增强型ZnO光电子器件研究等方面的研究工作。.取得了较为重要的研究成果，首次提出束缚态载流子增强型ZnO纳米结构光电子器件概念，有效抑制由ZnO纳米结构表面态高所引发的载流子的非辐射复合过程，并延长载流子寿命，从而提高ZnO纳米结构的紫外光响应特性，所得到的ZnO/ZnS核壳纳米线的紫外光响应特性显著提升，相比ZnO纳米线其光电流强度约提高40倍；通过束缚态能级的引入解决ZnO异质结发光器件中由载流子迁移率不同所引起的发光波长调控难的问题，利用ZnO/ZnS核壳纳米线，实现ZnO-GaN异质结中来自ZnO的紫外电致发光，发光峰位378nm。上述科学发现打破常规研究中，以消除或抑制半导体材料中束缚态来实现器件性能优化的传统思路。在我们的研究中通过对束缚态的控制，成功操控载流子注入、迁移和复合过程，显著提升了ZnO纳米结构发光和光探测器的器件性能，并为发展新型ZnO光电子器件研究开辟了新途径和思路。研究工作引起美国科技媒体的关注，以“New Zinc Oxide Nanotechnology Data”即“新的氧化锌纳米技术数据”和“New Zinc Oxide Nanotechnology Study Findings”即“ZnO纳米技术的新进展” 进行专题报道。