一维二氧化钛纳米结构的可控合成及其紫外光探测器的应用研究

Due to the wide application, high performance UV photodetectors have recently received increasing research interest. This proposal aims to investigate the controllable fabrication of one-dimensional TiO2 nanostructures (such as nanotube, nanorod and nanowire) and its application in nano ultraviolet photodetector. Several techniques such as anodization, hydrothermal and chemical vapor deposition method will be used for the synthesis of one-dimensional nanostructures with controlled crystallinity and morphology. With the combination of other nanostructures such as II–VI semiconductor and graphene, several types of photodetectors including photoconductivie type photodetector, schottky junction photodiodes, nano-heterojunction photodiodes will be constructed through micro-nano processing technology, and also the related properties (e.g. responsitivity, on-off ratio, quantum efficiency and detectivity) will be investigated systematically. Through the clarification of the structure-performance relationship and the optimization of devices structures, the device performance will be greatly enhanced. This proposal will expand the application scope of semiconductor nanostructures, giving birth to high-performance nano-optoelectronic devices.

高性能纳米紫外光探测器因其巨大的应用价值，成为纳米光电子器件领域十分重要的研究热点之一。本项目以高性能二氧化钛纳米结构的光电探测器的应用为导向，系统研究一维二氧化钛纳米结构(如纳米管、纳米棒、纳米线等)的可控制备及其在纳米紫外光探测器的应用。拟采用阳极氧化、水热合成、化学气相沉积等方法制备多种高质量的一维二氧化钛纳米结构。采用多种微纳加工技术并结合其它半导体纳米结构(如II–VI族)及石墨烯等材料，制备光电导型、肖特基结型、及异质结型纳米紫外光探测器，并系统研究器件的相关性能（例如响应度、开关比、量子效率、探测率等）。通过揭示器件结构与其性能之间的构效关系，优化器件结构，提升器件的性能与参数。本项目的开展将会拓展半导体纳米结构的应用范围，推动高性能纳米光电子器件不断涌现。

高性能光电探测器因其巨大的应用价值，近些年引起广泛关注。本项目首先合成了各种低维的二氧化钛半导体材料（如纳米管、纳米棒、纳米线等），结合具有优异光电性能的石墨烯材料，实现了基于石墨烯-半导体结构的几种高灵敏紫外光探测器，该探测器可克服传统光电导探测器响应速度慢、且响应度小的缺点。通过系统探讨材料结构与器件性能的关系，揭示了影响紫外光电探测器性能的关键因素，为高性能紫外探测器的开发提供了实验和理论依据。此外，本项目还探讨了钙钛矿材料的可控合成及器件制备，以钙钛矿薄膜材料为基本研究对象，构建了基于新颖钙钛矿薄膜的光电探测器。进一步将具有新颖光电特性的拓扑绝缘体Bi2Se3应用到钙钛矿光电探测器中，利用Bi2Se3结构上的性质特点，构建了高性能的Bi2Se3/钙钛矿光电探测器，实现了对紫外-可见-红外光的宽光谱探测。最后，对同样具有优异光电性能的二维PdSe2材料进行了初步研究，通过构筑PdSe2和硅的异质结，实现了一款高性能的红外光探测器。以此红外探测器为基本单元，对器件进行了集成，实现了对简单图形的红外识别。这种异质结探测器有望在将来的红外光电探测系统中发挥重要作用。