納米非晶表面態(tài)調控的SnO2納米顆粒的贗負光電導效應的研究.pdf

1、當光照射到半導體或絕緣體的表面時，材料內部的受束縛電子受到激發(fā)，產生躍遷，從而使物體的電導率增大，這類光致電的現(xiàn)象被稱為光電導效應。在實現(xiàn)快速有效的光電轉換的基礎上，如何有效控制和利用光的熱效應成為學術界的一個關鍵問題。光的熱效應的應用存在兩大難點：一是熱效應對于材料結構的影響，若材料結構發(fā)生改變，則器件性能可能下降或消失；二是如果利用熱效應引起的溫度的變化進行工作，則需要考慮溫度變化，即熱量傳導所需要的時間。
　　本研究針對以上

2、問題，合成出精細的SnO2納米顆粒包覆的多壁碳納米管復合材料。該材料在光照下電流減小，電阻增大，呈現(xiàn)出反常的負光電導效應，該負光電導效應穩(wěn)定可重復。經研究表明：SnO2納米顆粒作為導電體，存在兩部分的電流，一部分是穿透整個顆粒的體電流，另一部分是流經非晶表面態(tài)的表面電流。體電流在穿過表面非晶態(tài)時受到劇烈散射，電流較??；而非晶態(tài)表面在暗態(tài)下吸附大量水分子，生成載流子，提高了n型SnO2的費米能級，導致表面電流大。在光照致使溫度上升的條件下

3、，納米顆粒非晶表面所吸附的水分子發(fā)生脫附，載流子濃度下降，費米能級降低，電導率減小。因此被稱為贗負光電導效應，電流變化原則上與溫度變化同步。
　　透射電鏡原位加熱實驗表明，加熱至200℃時SnO2納米顆粒結構依然穩(wěn)定，并在300℃以上開始發(fā)生非晶化融合。利用贗負光電導效應的這些特點，結合普通的正光電導效應，電壓輸出式紫外探測器被組裝出來，該探測器擺脫了普通光電導型紫外探測器對貴重高精度電流測試設備的依賴，拓寬了紫外探測器的應用范圍

4、；同時也組裝成了“與非門”“或非門”等光電邏輯門，基于這些光電邏輯門，可以實現(xiàn)光信號至電信號的轉換，并且可以進行全功能邏輯運算。
　　由于熱傳導速度慢，導致贗負光電導效應的響應/恢復時間極長。通過建立理論模型加以分析后，我們依次對器件中工作物質的質量、工作物質與恒溫熱源之間的距離、襯底的熱傳導系數(shù)進行優(yōu)化，大幅縮短了贗負光電導效應的響應/恢復時間。最后，石墨烯被用來替換多壁碳納米管作為骨架支撐SnO2納米顆粒。由于石墨烯具有極高的