紫外光电转换器件课件.ppt

紫外光电转换器件 外光电效应： 当物质在一定频率的光照射下，释放出光电子的现象。当光照射金属、金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子吸收，如果光子能量足够大，吸收光子后的电子可挣脱原子的束缚而溢出材料表面。 内光电效应： 有些物质受到光照射时，其内部释放电子，但电子仍然留在物体内部，使物体的导电性增加，这种现象为内光电效应。其中典型的就是光生伏特效应。所谓的光生伏特效应就是当光照射非均匀半导体的pn结及其附近时，就会产生载流子（即电子－空穴对）。结区内的电子－空穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向n区，空穴被拉向p区而形成结电压，当外部接通电路，就会产生电流的效应。 三、紫外光电转换器的应用 虽然光电转换器的种类很多，应用也很广泛，但大部分都是在可见光和红外范围，而在紫外光范围的应用还相对较少，而紫外光以其波长短、能量高、穿透力比可见光强等特点，在许多领域有其独有的优势。 从20 世纪80 年代末开始, 紫外光研究领域已进入实质性的研究和应用阶段。例如,利用紫外固化装置产生等强度的紫外光,可瞬间固化紫外胶,使紫外固化胶快速粘和在所要粘和的部件上;天文上,利用紫外成像技术,提供有关邻近星系的早期宇宙的线索 ;利用紫外荧光原理生产紫外荧光油墨用于防伪 ;通过配合使用紫外光和可见光将紫外光分别转换为红色、绿色、兰色的荧光材料,有可实现具有较强色彩再现力的白色LED ;陈国夫等首次在国内报道了全固态紫外激光器; Yang P.等用ZnO 制作了纳米线紫外光探测器和光开关。 四、材料的选择 要研究紫外光电转换器件的性能及用途，首先要选择合适的对紫外光比较敏感的材料，目前用得多的材料有：GaN基(Eg=3.4--6.2eV)、SiC(Eg=2.9eV)、ZnO(Eg=3.37eV)、TiO2(3.2eV)、金刚石薄膜（Eg=5.4eV）等。 以上都是宽禁带半导体，对紫外光有很强的吸收能力。 宽禁带半导体材料作为紫外光电转换材料有如下几个优点： （1）禁带宽，对波长短的紫外光很敏感，对波长较长的可见光和红外光不敏感，因此不受可见光和红外光的干扰。 （2）介电常数小、载流子迁移率高。 （3）耐高温、抗辐射。 以上材料优缺点的比较： GaN基: 优点：GaN 属直接带隙半导体材料,其物理、化学性质稳定,室温禁带宽度为3. 4 eV。GaN 基三元合金Al x Ga1 - xN ,随Al 组分的变化带隙在3. 4--6. 2 eV连续变化,带隙变化对应的波长范围为200--365nm ,覆盖了大气臭氧层吸收光谱区(230--280 nm) ,是制作太阳盲区紫外探测器的理想材料之一。 缺点：合成Al x Ga1 - xN 材料需要合适的衬底材料难以选择,许多材料例如Al2 O3 、SiC、Si 、NaCl 、GaP、InP、W、ZnO、MgAl2O4、TiO2 和MgO 都已经被研究过,都不能生长出无缺陷的薄膜。目前最成功的和最常用的方法是在蓝宝石(Sapphire) 衬底上异质外延生长或低温生长一薄层GaN 或AlN 缓冲层来降低长出的薄膜缺陷密度。之所以选择蓝宝石作为生长衬底是由于它的低成本,易于得到高质量的材料,在可见光和紫外波段的光透明性、高温稳定性好。近来长或低温生长一薄层GaN 或AlN 缓冲层来降低长出的薄膜缺陷密度。之所以选择蓝宝石作为生长衬底是由于它的低成本,易于得到高质量的材料,在可见光和紫外波段的光透明性、高温稳定性好。 ZnO： 优点：Zno具有3.37eV的宽直接带隙、60meV的高激 子束缚能、抗辐射能力强、湿化学腐蚀容易和制备工艺相对简单等优点。 缺点：zno的p型掺杂的困难。 TiO2： 优点：TIO:薄膜在可见光区透射率高，折射率大，urtlie的折射率为.27，naatase的折射率为.25，因而可作为减反射层、紫外线(Uv)过滤层、增透膜等。纳米数量级的TIO:禁带宽度为3.2eV(紫外线吸收能力强)，比表面积大，光电化学稳定性好，难熔、无毒、成本低,而且其只吸收紫外光的选择吸收性使其具有很强的抗干扰能力。特别是纳米尺度的TiO2 薄膜,它所特有的表面积大,光吸收性能好,表面活性大的优点,使其具有非常优异的光电性能 。加之TiO2 薄膜的制备工艺成熟,所需设备简易,用相对较为简单的溶胶-凝胶法就可以制备出均匀、透明,且非常牢固的多孔薄膜。 因此,这种材料在紫外光传感器的制造方面同样具有较好的应用潜力。 五、引用文献 一种新型的染料敏化紫外光电池 宁光辉　赵晓鹏 (西北工业大学电流变技术研究所,西安710072) 1. 　主要材料与仪器