通過(guò)量子點(diǎn)對(duì)ZnO進(jìn)行表面修飾是提高探測(cè)器性能的重要方法。CdSe量子點(diǎn)具有帶隙可調(diào)、電子輸運(yùn)可控、能帶結(jié)構(gòu)匹配和制備工藝簡(jiǎn)單等特性，采用CdSe量子點(diǎn)修飾ZnO光電探測(cè)器，對(duì)于提高光電探測(cè)器的響應(yīng)性能具有重要意義。

 

長(zhǎng)春理工大學(xué)高功率半導(dǎo)體激光國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王登魁副研究員團(tuán)隊(duì)采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)和快速熱注入法分別合成ZnO微米線(xiàn)和CdSe量子點(diǎn)，并將CdSe量子點(diǎn)修飾在ZnO微米線(xiàn)表面以制備CdSe量子點(diǎn)修飾ZnO微米線(xiàn)紫外光電探測(cè)器。通過(guò)CdSe量子點(diǎn)的修飾，在ZnO微米線(xiàn)與表面修飾的CdSe量子點(diǎn)之間構(gòu)成II型異質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖1）。

 

異質(zhì)結(jié)的界面處存在內(nèi)建電場(chǎng)，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，電子向ZnO微米線(xiàn)表面遷移，空穴向CdSe量子點(diǎn)遷移，加快了光生載流子的分離，進(jìn)而促使探測(cè)器的響應(yīng)性能得到顯著提高。

圖1 CdSe量子點(diǎn)修飾ZnO微米線(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)示意圖

實(shí)驗(yàn)測(cè)得，CdSe量子點(diǎn)修飾ZnO微米線(xiàn)紫外光電探測(cè)器的最大響應(yīng)度為10.5 mA/W，較ZnO 微米線(xiàn)測(cè)器響應(yīng)度提高了6倍。同時(shí)，探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間也大幅縮短，上升和下降時(shí)間分別縮短了87.7%和76.2%。圖2為CdSe量子點(diǎn)修飾前后探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的對(duì)比圖。

圖2 CdSe量子點(diǎn)修飾ZnO微米線(xiàn)前后探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。（a）ZnO微米線(xiàn)光電探測(cè)的響應(yīng)時(shí)間；（b）CdSe量子點(diǎn)修飾ZnO微米線(xiàn)光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間

 

為了研究退火對(duì)CdSe量子點(diǎn)修飾的ZnO微米線(xiàn)探測(cè)器光電性能的影響，將CdSe量子點(diǎn)修飾的ZnO微米線(xiàn)在Ar氣氛下600 ℃退火30 min。圖3為退火前后CdSe量子點(diǎn)修飾ZnO微米線(xiàn)光電探測(cè)器的光暗電流隨溫度變化的曲線(xiàn)圖。

圖3 退火前后CdSe量子點(diǎn)修飾ZnO 微米線(xiàn)光電探測(cè)器的光和暗電流隨溫度變化的曲線(xiàn)圖

 

退火前，隨著溫度升高，ZnO表面吸附的氧分子獲得能量從表面解吸并釋放自由電子，自由電子濃度的提高促使光電流逐漸上升。退火處理可顯著改善ZnO微米線(xiàn)的結(jié)晶質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)電子空穴對(duì)的轉(zhuǎn)移，使光電流顯著提高。然而，隨著溫度的繼續(xù)升高，光電流因聲子散射的不斷加劇而緩慢下降。

 

因此，通過(guò)退火處理可以顯著改善光電探測(cè)器的光電響應(yīng)性能及光響應(yīng)速度，且在200 K時(shí)，探測(cè)器獲得最佳的光電性能。

 

課題組通過(guò)CdSe量子點(diǎn)對(duì)ZnO微米線(xiàn)表面修飾，顯著提高了ZnO基光電探測(cè)器的響應(yīng)性能。利用II型異質(zhì)結(jié)構(gòu)及表面鈍化的工作原理，探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間得到大幅縮短，證明了CdSe量子點(diǎn)的修飾對(duì)于提高ZnO基光電探測(cè)器的性能具有重要作用。

 

CdSe量子點(diǎn)的量子效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)能帶的調(diào)制及在可見(jiàn)光不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜響應(yīng)，基于此，課題組下一步預(yù)計(jì)將制備的不同尺寸的CdSe量子點(diǎn)與ZnO微米線(xiàn)相結(jié)合，利用II異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的紫外-可見(jiàn)多波長(zhǎng)光電探測(cè)性能。

 

長(zhǎng)春理工大學(xué)高功率半導(dǎo)體激光國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王登魁副研究員團(tuán)隊(duì)主要致力于低維半導(dǎo)體光電子材料與器件研究工作，團(tuán)隊(duì)以實(shí)現(xiàn)高性能的發(fā)光及探測(cè)器件為目標(biāo)，利用表面修飾、金屬摻雜、等離子體增強(qiáng)等方式提升材料和器件性能。在II-VI族寬禁帶半導(dǎo)體探測(cè)器、發(fā)光二極管及III-V族紅外半導(dǎo)體材料等方面取得了創(chuàng)新性研究成果。近五年承擔(dān)包含國(guó)家自然科學(xué)基金在內(nèi)的科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，獲吉林省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

 

王登魁，副研究員，現(xiàn)工作于長(zhǎng)春理工大學(xué)高功率半導(dǎo)體激光國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究方向?yàn)樽贤夂图t外半導(dǎo)體光電子材料與器件。圍繞II-V族和III-V族低維半導(dǎo)體激光和探測(cè)器件，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料外延和器件應(yīng)用三個(gè)方面開(kāi)展研究工作，取得了一系列重要的研究成果。近三年來(lái)，在《中國(guó)激光》等國(guó)內(nèi)外知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文10余篇。主持國(guó)家自然科學(xué)基金1項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)。

（來(lái)源：中國(guó)激光雜志社）