摘要
ZnO纳米线作为一维纤锌矿结构的半导体材料，同时具有优异的半导体性质、光电性质以及压电性质。并且，ZnO纳米材料的制备成本低，制备过程简单，稳定性高。但在ZnO的制备过程中，不可避免的会存在氧空位缺陷，这将导致基于ZnO的光电探测器存在持续光电导效应（persistentphotoconductiveeffect，简称PPCeffect），延长恢复时间。此外，氧空位的存在所带来的施主掺杂效应导致压电屏蔽效应的产生，降低了基于ZnO纳米线的压电纳米发电机的输出。 针对以上问题，本论文提出采用金属纳米颗粒对ZnO纳米线进行表面改性，耦合金属纳米颗粒的表面等离子体共振（LSPR）效应，增强ZnO的热释电光电子效应，缩短响应恢复时间，提高了器件对低功率密度紫外光的检测性能。金属纳米颗粒与ZnO表面形成的肖特基结可调控ZnO纳米线中的载流子浓度，削弱压电屏蔽效应，提高ZnO纳米线压电纳米发电机的输出性能。此外，通过氧等离子体处理钝化ZnO纳米线的氧空位，可以降低ZnO中载流子的浓度，提高其压电输出性能。得到的研究成果如下： 所设计的Ag/ZnO紫外光电探测器，可以快速、灵敏地检测功率密度为340nW/cm2的325nm紫外光。在相同功率密度的325nm紫外光下，最佳响应度和比探测率分别为8.82×10-5A/W和4.9×1010Jones。快速响应时间显著缩短至8.72ms。与未负载Ag纳米颗粒的光电探测器相比，性能有了明显提高。 经氧等离子体处理后的ZnO纳米线阵列，载流子浓度降低，所制备的压电纳米发电机的输出电压和电流分别达到40mV和10nA，与未经改性的ZnO纳米线阵列相比，输出电压电流提高了近2倍。在表面修饰Cu纳米粒子形成肖特基结后，ZnO表面形成耗尽区，从而降低载流子浓度，抑制了压电屏蔽效应。Cu/ZnO纳米线阵列所制成的压电纳米发电机的输出电压和电流分别达到88mV和10nA，与未经修饰的ZnO纳米线阵列相比，输出电压和电流分别提高了11倍和10倍。 本项工作中，通过简单的表面改性方法，对ZnO纳米线进行处理，大大提高了ZnO纳米线的光电和压电性能，此外，本工作发现的基本原理可以很容易地推广到其它基于多种半导体材料的光电和压电器件，为基于其它纳米材料系统的高性能光电探测器和压电纳米发电机的设计奠定了基础，拓宽应用领域。
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