论文部分内容阅读
Zn2GeO4晶体的禁带为4.69 eV左右,弥散的能级结构使其导带中的自由电子具有高迁移率,被认为是制作深紫外光(DUV)半导体探测器的理想材料。以往研究表明,一维Zn2GeO4纳米线(NWs)可以对DUV进行响应快速、效率高的检测。此外,导电二维材料与一维材料之间的协同作用能够进一步促进DUV检测性能。二维材料的费米能级与一维材料的导带之间的能量差使得材料内部在产生大量电子时定向的往某一方迁移,从而增大复合材料的电导率。且作为一种新型二维早期过渡金属碳/氮化物材料,MXene优异的电学性能及可定制性使其适合与其他材料进行复合以增强电学性能。综上所述,本文提出了 MXene可增强Zn2GeO4纳米线网在深紫外光波段光电性能的观点。本文使用MXene家族中的Ti3C2Tx作为复合物中的二维材料,后续内容皆以MXene表示。首先,用氢氟酸刻蚀MAX相得到MXene,并以Si02为基底用高温化学气相沉积法制备了 Zn2Ge04纳米线网;然后,通过调节MXene的含量,得到最佳深紫外光电性能的Zn2GeO4纳米线/MXene复合材料;最后,验证了复合材料光电性能的持久性。全文可分为如下两部分:第一部分,采用高温化学气相沉积法,使用高纯ZnO粉末、高纯Ge02粉末和纳米金刚石颗粒作为反应源,以SiO2为基底制备Zn2Ge04纳米线网,得到了直径约为500nm,长度约3μm的Zn2GeO4纳米线网。本实验制备的Zn2GeO4纳米线只对紫外光进行吸收,吸收峰最高处位于245nm处,吸收边带位于275nm处。PL谱分别在384nm(紫光)和469nm(绿光)处光致发光峰。与此同时,使用浓度为49%的浓氢氟酸对前驱体MAX相进行刻蚀,经洗涤、干燥等处理得到了每层边缘长度约1-3μm,单层厚度约为1.Onm,较为纯净的MXene粉末。第二部分,将MXene粉末配制成质量比为0.005%,0.01%,0.02%,0.03%,0.04%的无水乙醇分散液,并以滴涂的方式复合到Zn2Ge04纳米线网上,干燥后制作成Zn2GeO4/MXene-DUV光电探测器,并使用电子显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见吸收光谱仪对其进行了表征。利用化学工作站测试了不同复合质量比的Zn2GeO4/MXene-DUV光电探测器在254nm深紫外光辐射,计算得到6V偏压下的光响应度和外量子效率及响应时间,通过对比上述参数得到最佳性能的MXene复合质量比为0.03%,其光响应度,外量子效率及响应时间分别可达20.43mA/W,9.9%,1.16/0.39sec,相比于无 MXene 的 Zn2GeO4 纳米线网(8.1mA/W,3.9%,3.397/1.05sec)有显著提升。论文对MXene增强Zn2Ge04纳米线的光电性能的原理进行了分析,MXene能增强Zn2Ge04纳米线的光电性能可以归因于MXene与Zn2Ge04纳米线的协同作用。一方面,MXene的高导电性为复合材料提供了更快速的电子传输,使Zn2GeO4/MXene-DUV光电探测器具有更大的光电流和更快的光响应;另一方面,复合材料独特的半导体-导体网络结构的构建及两种材料各自的界面都促进了光生电子-穴对的有效分离,使得Zn2GeO4/MXene-DUV光电探测器具有更高的外量子效率和稳定性。复合材料光电性能的稳定性最后也得到了验证。