基于自组装法制备二氧化钛薄膜及其在紫外探测中的应用

论文摘要

本论文的主要工作包括自组装法制备纳米TiO2薄膜以及验证和探讨基于自组装法制备的TiO2纳米薄膜作为光伏型MSM结构紫外探测器基体材料的可能性,利用薄膜研制紫外探测器的原型器件,并进一步分析器件的性能指标。首先利用自组装法制备了TiO2薄膜材料,并采用各种表征手段对薄膜材料的性质进行了表征:利用X光衍射分析方法对所制备的TiO2薄膜结构进行分析可知,TiO2已经在石英玻璃衬底表面结晶,在25.3°处,存在一个尖锐的主峰,对应于锐钛矿相TiO2的主峰,这说明已经我们利用自组装法制备的TiO2薄膜为很好的锐钛矿晶型。通过紫外-可见光谱分析,可知用自组装法在石英玻璃衬底上生长的TiO2薄膜在310nm附近有一个陡峭的吸收边,证明了这种方法制备的TiO2薄膜在紫外光范围内有良好的吸收能力。由SEM图可以直观的看到,TiO2薄膜表面均匀致密,质量非常好,适合制作紫外探测器的半导体基体薄膜。由XPS能谱分析,发现自组装法制备的TiO2薄膜的钛氧比为1:1.84,晶格氧含量比溶胶凝胶法制备得到的TiO2薄膜（钛氧比为1:1.24）提高了38.6%,这意味自组装法制备的薄膜氧缺陷更少,晶体更完整,成膜质量更优。制作基于自组装法在石英衬底上生长TiO2薄膜的紫外探测器。该器件的电极长度为2毫米,电极间的叉指宽度仅为20微米,叉指间距同样也仅为20微米,该器件的有效电极面积为0.38mm2。并对器件的光电特性进行了测试,由器件的I-V特性曲线可知,Au与TiO2形成肖特基接触。由器件的光响应可知,当入射波长为400nm到350nm时,光响应曲线基本水平;从350nm开始,器件的光响应迅速增加,在310nm处形成陡峭的吸收边,与薄膜的紫外吸收谱基本相符;在260nm处,器件的响应度达到最大值,约为73.65A/W。对器件的响应时间图分析可知,缺陷较少的薄膜制作的器件响应时间得到很大的改善,上升响应时间约为3.66s,下降响应时间约为4.18s。

论文目录

• 提要
• 第一章 前言
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 本论文的研究意义和主要内容
• 2薄膜的制备与表征'>第二章 TiO₂薄膜的制备与表征
• 2的晶体结构'>2.1 TiO₂的晶体结构
• 2.1.1 锐钛矿（Anatase）
• 2.1.2 金红石（Rutile）
• 2.1.3 板钛矿（Brookite）
• 2的用途'>2.2 纳米TiO₂的用途
• 2.2.1 紫外吸收特性
• 2.2.2 光催化特性
• 2.2.3 气敏湿敏特性
• 2.2.4 光电特性
• 2的制备方法'>2.3 纳米TiO₂的制备方法
• 2.3.1 液相沉积法
• 2.3.2 溶胶-凝胶法
• 2.3.3 化学气相沉积法
• 2.3.4 水热法
• 2.3.5 自组装法
• 2薄膜的制备'>2.4 TiO₂薄膜的制备
• 2.4.1 化学药品
• 2.4.2 仪器设备
• 2薄膜的制备原理'>2.4.3 TiO₂薄膜的制备原理
• 2薄膜的制备过程'>2.4.4 TiO₂薄膜的制备过程
• 2薄膜的表征'>2.5 TiO₂薄膜的表征
• 2.5.1 X－射线衍射分析（XRD）
• 2.5.2 紫外-可见光谱分析（UV-vis）
• 2.5.3 扫描电镜分析（SEM）
• 2.5.4 X射线光电子能谱（XPS）
• 2薄膜在紫外探测中的应用'>第三章 基于自组装法生长的TiO₂薄膜在紫外探测中的应用
• 2应用于紫外探测的优势'>3.1 TiO₂应用于紫外探测的优势
• 3.2 半导体紫外探测器结构的基本类型
• 3.3 MSM型光伏探测器的结构和工作原理
• 3.3.1 器件结构
• 3.3.2 器件的工作原理
• 2薄膜的紫外探测器的制作'>3.4 基于自组装生长TiO₂薄膜的紫外探测器的制作
• 3.4.1 薄膜生长
• 3.4.2 光刻电极图形
• 3.4.3 溅射电极
• 3.4.4 剥离
• 2薄膜的紫外探测器的性能测试'>3.5 基于自组装生长TiO₂薄膜的紫外探测器的性能测试
• 3.5.1 器件的I-V特性
• 3.5.2 器件的光响应
• 3.5.3 器件的响应时间
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• Abstract