单根纳米线NiOZnO异质结紫外光电探测器

单根纳米线NiO/ZnO异质结紫外光电探测器光电探测器是将光信号转换为电信号的器件,广泛应用在军事和民用等多个领域。紫外光电探测器是工作在紫外波段的光电探测器,因其探测灵敏高,虚警率低等优点,可用于外太空宇宙射线探测,军事上进行导弹尾迹探测,日常生活中污水监测,人体日常接收紫外线辐射监测等。

现有的商用紫外光电探测器由于尺寸大,能耗大,不利于日常携带。人们努力通过使用纳米材料、二维材料做出微型紫外光电探测器。

纳米线等一维材料由于其高光响应性和良好的独立性,已成为光电探测器小型化的最佳选择之一。氧化锌为直接带隙半导体,本征氧化锌能带的宽度约为3.4eV,对应的本征吸收波长369nm,处于近紫外区,是一个很好的紫外光探测器的材料,由于晶格内部存在氧空位,氧化锌表现为n型半导体。

氧化镍为直接带隙半导体,本征氧化镍的能带约为3.7eV,对应本征吸收波长为336nm,处于近紫外区,因为其晶体内部存在镍原子空位,氧化镍表现为p型半导体。考虑到氧化锌和氧化镍的能带结构,本征吸收波长均在紫外波段,如果使用一维纳米线制作出p-n异质结的紫外光电探测器,可以实现微型化自供电的紫外光电探测器。

1.通过水热还原法合成了镍纳米线,之后对不同温度退火后的纳米线进行了测试,纳米线在300°C时开始出现氧化现象,但是氧化程度较低,氧化速度较慢,在退火温度到达450°C时纳米线可以完全氧化,当退火温度达到600°C时纳米线出现管状结构,纳米线氧化程度随着退火温度的升高呈现出线性增大的趋势,纳米线的氧化程度在400°C时达到55%,并且纳米线结构为氧化镍包覆镍的核壳结构,而且具有较好的导电性,呈现出p型半导体的性质。

2.我们制造了由单根

NiO包覆Ni核壳纳米线与ZnO薄膜结合构成的p-n异质结,其表现出典型的整流现象,在施加偏压为±2V时整流比约为6000,暗电流为0.25pA(0V)。

并且,该纳米线异质结构在自供电紫外光电探测中表现出优异的性能,在波长为312nm零偏压下具有17mA/W的光响应度,截止波长位于362nm。我们的研究结果提供了一种基于纳米线异质结的微型紫外光电探测器的制作方法,可以使紫外光电探测器小型化,低耗能,以便日常携带。