链状Au纳米棒修饰的PbS薄膜的选择性增强光电探测研究

The widely used thin film near-infrared detector has improved response speed, while its responsivity was greatly reduced. In pratical applications, the photodetector need to detect the light at a certain wavelength with high responsivity. So far, how to achieve high responsivity of detection and adjust the response wavelength of enhanced detection in a wide range continuously, remains an important and challenging task. . In this project, we combine the Au nanorods chain with PbS film, make use of Au nanorods itself SPR and the enhanced electromagnetic field generate from the hot spot between nanorod ends, to enhance the responsivity of PbS film. Study the dependent relationship between the response wavelength of enhanced detection and the structural parameters of the Au nanorods chain; adjusting the structure parameters of the Au nanorods chain, to achieve continuous adjustment for response wavelength of enhanced detection in a wide range at near-infare; Moreover, prepare the PbS doped films to regulate the wavelength of peak response, and then make use of the SPR effect of Au nanorods chain to achieve the further optimization of responsivity.

目前广泛应用的薄膜型近红外探测器，在响应速度得到提高的同时，其响应度大大降低。在实际应用中，光电探测器需要对某一波段范围的光进行高响应度探测。目前为止，实现高响应度探测，并且实现对增强探测的响应波段在宽范围连续调节是一项重要的、具有挑战性的课题。. 本项目将链状Au纳米棒与PbS薄膜相结合，利用Au纳米棒自身的表面等离子体共振(SPR)以及棒间热点所产生的增强局域电磁场来增强PbS薄膜的光响应度。研究链状Au纳米棒的结构参数与PbS薄膜的增强探测响应波长的对应关系；调节链状Au纳米棒的结构参数，实现增强探测的响应波长在近红外宽波段范围连续可调；进一步地，制备PbS掺杂薄膜，从而对峰值响应波长进行调控，结合链状Au纳米棒的SPR效应，实现响应度的进一步优化。

薄膜型光电探测材料在响应速度得到提高的同时，其响应度被大大降低。如何实现薄膜探测器响应度增强，并且实现增强响应的宽谱调控是一项重要且具挑战性的课题。.本项目以PbS薄膜探测器的选择性增强响应为目标牵引，首先利用超薄TiO2模板为掩膜，制备了Au纳米棒周期阵列修饰的PbS薄膜；研究了Au纳米棒阵列结构对光电响应的影响规律，结果发现相较于未修饰的PbS薄膜，经Au纳米棒阵列修饰后的PbS薄膜的相对光电流增强，且不同高度Au纳米棒阵列对增强探测的波长具有选择性；随着Au纳米棒阵列高度的增加，增强探测的波长峰位向长波方向移动，这可归因于共振波长随Au纳米棒阵列高度的增加发生红移。该修饰后PbS薄膜响应度和探测率分别高达944mA/W和1.72×1010 cm Hz1/2W-1，比硅基宽波段近红外探测器以及其它硫化物薄膜探测器高1-2个数量级。进一步地，采用化学沉积法制备了Sn掺杂PbS薄膜，发现掺杂后的PbS薄膜光电响应性能明显增加，这可归因于掺杂薄膜的自由载流子浓度大于被缺陷捕获的载流子浓度，双分子复合载流子占主导。此外，研究发现掺杂后的薄膜响应速度得到了104倍提高，这是由于纯的PbS中载流子的运动是缺陷对载流子的束缚和释放占主导地位，而掺杂后PbS中缺陷较少，载流子的运动是带隙跃迁占主导。.通过上述研究，实现了PbS薄膜光电响应增强探测，并实现了增强探测的波长选择性，获得了Au结构参数对光电响应的影响规律，分析了掺杂对光电性能的影响机理，最终实现了响应速度和响应度的双重提高。本项目研究达到了预期目标。本项目的开展将为设计高灵敏度的不同响应波段的光电探测器提供指导，同时对进一步实现多个不同响应波段光电探测器元件集成化起到推动作用。

内容获取失败，请点击重试