Silicon
SiO2
ZnO：20-100nm，稀释—超声震荡—ZnO滴到 电极间缺口—加电压—信号发生器—清洗、 干燥—封装
ZnO纳米束尺寸的影响： 介电泳力场→电极尺度、 电极间隙尺寸及氧化层 厚度
水在有氧参与的情况下对其光电 灵敏度影响小，这种器件对周围 环境的湿度不灵敏，提供重要的 实际应用价值

2）表面效应：粒子表面原子↑—性能主要由表面原子 决定—表面悬键、高表面能—活性↑ 应用：光通信、光存储、全光网络、光电探测器
纳米光电材料的制备
化学 沉淀法 TiO2
溶胶-凝 胶法 TiO2
微乳液法 CdTe
水热合 成法 ZnS ZnO
激光诱导 气相沉积 法dS(Eg=2.5eV)
TiO2(Eg=3.2eV)
TiO2-CdS耦合半导体电极的能带结构图
表面修饰
金属粒子掺杂： 过渡金属粒子(多价态、d轨道电子存在、 在半导体的晶格和表面不同位置)修饰—↑光 催化性能，研究得较少。
三、实际应用举例
纳米粉
一维纳米材料 纳米薄膜
光电探测器 热光开关
表面修饰
二、贵金属表面沉积(Au、Ag 、Pt etc)：
Ag纳米 粒子 LiF 单晶硅(波导) 光 原有的薄层型光电探测器光学吸 收性差，增加一层贵金属纳米粒 子，光吸收特性显著增强，光响 应范围扩大
SiO2
Si衬底
表面修饰
• 半导体复合：
增强电荷分 离. 抑制电子 -空穴的复合 和扩展光致 激发波长范 围 , 稳定性 和催化活性 好
纳米Si薄膜紫外光探测器
参考文献




[1][4]牛淑云，彭鲲，寇瑾等.纳米光电材料研究简介[J]. 辽宁师范大学学 报.26(1):2003； [2] 张辉，马向阳，杨德仁.太阳能光电材料CuInSe2 的研究进展[J] .材料 导报，2001，15 (5) :11213； [3] 范崇政，肖建平.纳米 TiO2 的制备与光催化反应研究进展[J].科学通 报 ,2001,46(4):2652273； [5][11] 詹远等. 纳米光电材料研究现状概述[J].企业技术开发.2009. [6] 有机光电材料物性及器件研究实验室研究介绍； [7] 张荻，“美丽蝶翅”隐藏高效太阳能电池秘密.材料化学[J]. [8] Wenjing Yan,Norman Mechau,et al.“Ultraviolet photodetector arrays assembled by dielectrophoresis of ZnO nanoparticles”[J],Nanotechnology 21(2010)11501. [9] Chu T,Yamada H,Ishida S,et al.“Compact 1×N thermo-optic switches based on silicon photonic wire waveguides” [J].Opt.Express,2005,13(25):10 109210 114.
通过实验测定，此紫外光电探测器具有长期稳定、 不同环境下应用等众多优点
一维纳米光电材料的应用
Chu T,Yamada H,Ishida S,et al. “Compact 1 × N thermo-optic switches based on silicon photonic wire waveguides” [J].Opt.Express,2005,13(25):10 109210 114.
电子束光刻 基板图案
刻蚀Si顶层， 形成波导核心
Si覆盖波导核心
Si层上，溅射金属 薄膜加热器和电极垫 在MZI分支上
再用BOX层形成 垂直对称包覆层的 波导结构
纳米线波导干涉型热光开关的制备
1×1光开关
1×2光开关
1×4光开关
1×4热光开关的切换功能
(a)输出光场影像的测量； (b)输出光功率的测量系统； (c)开关时间的测量系统。
纳米光电材料
汇报人：张严芳 2010年3月25日
主要内容
纳米光电材料概述
问题及发展
实际应用
一、概述
纳米光电材料：光能→电能、化学能等其他
能量的一种纳米材料；
纳米光电材料可分为：纳米光电粉、一维纳
米光电材料、纳米光电薄膜等；
纳米光电材料的主要性能
纳米材料作为光电材料应用的基本性能： 1）量子尺寸效应：粒径↓—量子化—载流子局限在势 阱—导带价带过渡为分立的能级—Eg ↑—吸收光谱 阈值→短波方向
差距
理想材料
光稳定性差或 光响应范围窄等
光照稳定性 高效和选择性 宽光谱响应
表面修饰
表面修饰
• 染料表面敏化：
S:敏化剂(基态)
敏化剂激化+电子转移
S﹡:敏化剂(激 化态)
S+ ：敏化 剂(氧化态)
A：受体 敏化剂再生
电子转移给受体
染料敏化太阳能电池
（1）染料吸光激发 DYE + hλ→ DYE* （2）激发态的染料分子将电子注入二氧化钛的导带 DYE* - e → DYE+ （3）电子穿过二氧化钛进入外电路 （4）染料和电解液间发生下面反应，从而染料还原DYE+ + I- → DYE + I3（5）从外电路流回的电子将还原e + I3- → I（6）e（导带中）＋ DYE+ → DYE （7）e（导带中）+ I3- → 3I-
一维纳米光电材料的应用
Yamada等人首次报道一种基于纳米线波导的
定向耦合器；
Tao
Chu 等人首次制备出基于纳米线波导的 1×N的干涉型热光开关。
热光开关简介
热光效应：指光介质的光学性质(如折射率)随
着温度变化而发生变化的物理效应
光波导：不同折射率介质分界面，电磁波的全
反射现象、光波局限在波导及其周围有限区域 内传播、导行结构。
硅薄膜紫外光电探测器
纳米光电材料的应用 一、纳米颗粒在光电探测器中的应用 Wenjing Yan,Norman Mechau,et al.“Ultraviolet photodetector arrays assembled by dielectrophoresis of ZnO nanoparticles”[J],Nanotechnology 21(2010)11501.
紫外光电探测器阵列的制备
制备纳米尺度的功能器件仍是一个挑战
1、刻蚀技术：纳米精度 2、位置选择沉积：化学官能化的选择吸附 双向电泳(DEP)
紫外光电探测器阵列的制备
ZnO颗粒 电极
1. P-Si基板，800nm的SiO2 表面； 2.电极的制备： 电子束刻蚀，溅射5nmTi黏附层 和40nmPd,电极之间的间隙为 800nm 3. 处理： 在氧等离子体中暴露5min 以保证基板表面的亲水性
纳米光电薄膜的应用
纳米硅异质二极管
纳米硅薄膜太阳电池 纳米硅薄膜紫外光电探测器
1.电化学分解法在HF-H2O2中 制备Si纳米晶； 2.P型衬底上生长500nm的氧 化层； 3.氢氟酸在氧化层上刻蚀器件 图形； 4.纳米Si晶沉积刻蚀图形中； 5.纳米Si晶膜上沉积Au(4nm)， Au层之上和衬底背面沉积Au凸 点以作为电极。