基本信息
- 项目名称：
- 新型“钯掺杂纳米碳/二氧化硅/硅异质结”光电材料的研发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该新型“钯掺杂纳米碳/二氧化硅/硅异质结”光电材料的研发基于钯掺杂纳米碳/二氧化硅/硅异质结优异的光电特性，针对传统的光电材料存在制备成本高、工艺复杂、存在环境污染等问题，研发出成本低廉、制备工艺简单、环境友好的新型光电材料，为研发成本更低、精确度、灵敏度更高的、响应时间更短的微型光电器件提供了新材料。 目前，该项目研发的新型光电材料已经由合作厂家投入到新型照度计的研发中。
- 详细介绍：
- 该新型“钯掺杂纳米碳/二氧化硅/硅异质结”光电材料的研发基于钯掺杂纳米碳/二氧化硅/硅异质结优异的光电特性，针对传统的光电材料存在制备成本高、工艺复杂、存在环境污染等问题，研发出成本低廉、制备工艺简单、环境友好的新型光电材料，为研发成本更低、精确度、灵敏度更高的、响应时间更短的微型光电器件提供了新材料。 该项目实施从2010年12月至2011年5月，历时6个月，其中经历了新材料的制备、性能测试、与信号处理电路的集成、市场分析与经济效益预测等4个阶段。参与人员包括：指导教师薛庆忠教授（项目的实施及技术指导），项目申请人王盛（新型光电器件中新材料的制备、研发及项目的申报），项目成员张令坦（新型光电器件中信号处理电路部分的设计与研发），项目成员马明（新型光电器件中新材料性能测试及理论研究），项目成员董云鹤（新型光电器件外壳包装的设计、新材料的市场分析与经济效益预测）项目成员张忠阳（新型光电器件外壳包装的设计、新材料的市场分析与经济效益预测）。另外，本项目得到了宁波市北仑区大碶鑫勋机械模具厂和深圳市精华鑫电子有限公司 的合作与大力支持，保证了该项目的顺利实施及样品的生产。 目前，该研发项目已经达到了预定目标，该项目研发的新型光电材料已经由合作厂家投入到新型照度计的研发中，并已制出实用样品。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计发明目的 传统的光电材料存在制备成本高、工艺复杂、存在环境污染等问题，开发新型的、光电特性优异、制备简单、成本低廉、环境友好的光电材料非常重要。 新材料的光电特性优异、制备工艺简单、成本低廉、环境友好，可用于研发成本低廉、精确度、灵敏度更高的、响应时间更短的微型光电器件。 2.基本思路 （1）利用磁控溅射方法制备该材料。 （2）研究该材料的光电特性。 （3）利用该新材料研发新型的光电器件。 3.创新点 (1)利用磁控溅射方法，首次制备了具有优异光电特性的钯掺杂纳米碳/二氧化硅/硅异质结材料。 (2)为研发微型的、精确度、灵敏度更高的、响应时间更短的微型光电器件提供了新材料。 (3)该材料制备工艺简单，成本低廉、环境友好。 4.技术关键 利用磁控溅射方法制备所需溅射条件和钯掺杂量。 5.主要技术指标 (1)材料的结构：铜/钯掺杂纳米碳膜/二氧化硅/硅 材料截面厚度： Cu电极厚度: 30 nm; a-C:Pd 层厚度: 20nm ; SiO2 层厚度: 1.2 nm; Si 基片厚度：0.4 mm 材料体积：5×5×0.4 (mm) (2)材料的光敏感响应时间：<< 0.1秒； (3)光电灵敏度：>0.1 uA/uW。测量范围：≥0.01uW/cm2 (4)与传统光电材料相比，该材料拥有更加优异的光电特性，且材料的制备采用价格低廉的石墨为原材料，大大的降低了新型光电器件的成本。
科学性、先进性
- 作品的科学性、先进性 1.首次研发了具有优异光电特性的钯掺杂纳米碳/二氧化硅/硅异质结。该纳米碳/二氧化硅/硅异质结的反向饱和电流对光照异常敏感（在20mW/cm2的白光照射下，该材料的光电导率高达2000以上）。另外，在白光照射下，该材料在1V的反向偏压下的反向饱和电流密度与光照强度呈线性关系（线性相关度可达R2≥0.998）。可为研发精确度、灵敏度更高的、响应时间更短的微型光电器件提供新材料。 2.与传统光电材料相比，该新型材料的制备采用价格低廉的石墨为原材料，制备工艺简单，成本低廉。 3.碳材料对环境无污染、安全环保。
获奖情况及鉴定结果
- 1.相关文章《Photovoltaic characteristics of Pd doped amorphous carbon film/SiO2/Si》已发表在 Applied Physics Letters, 97, 061902 (2010). 2.相关研究已申请国家发明专利： 一种具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜材料 公开（公告）号：CN101807611A 3.相关研究已申请国家发明专利： 一种具有光电导效应的钯掺杂碳膜/氧化物/半导体材料 申请号：201110095822.9
作品所处阶段
- 实验室研发阶段—所研发的新型光电材料已经由合作厂家投入到新型照度计的研发中，并已制出实用样品。
技术转让方式
- 洽谈转卖。
作品可展示的形式
- 现场演示，实物、产品展示，图片展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明 可应用于研发成本低廉、精确度、灵敏度高、响应时间短的微型光电器件。例如，利用该材料开发的照度计、辐照计等。将待测光源垂直照射到新材料表面，利用电流计便可实时得到当前的光照强度。 2.技术特点和优势 (1)材料制备工艺简单，成品率高； (2)材料的光电响应时间极短，灵敏度高； (3)碳材料来源广泛，价格低廉，无污染。 3.适应范围 可应用于研发成本低廉、精确度、灵敏度更高、响应时间更短的微型光电器件——钯掺杂纳米碳/二氧化硅/硅异质结，该材料生产工艺简单，成本低廉，灵敏度高、稳定性好、环境友好，具有广阔的应用前景。 4.市场分析和经济效益预测 碳材料储量丰富，价格便宜，性质稳定，对人体无毒害，而且该新型光电材料制备工艺简单，成品率高，因此，可实现工业化、产业化发展。另外，将该新型光电材料应用于研发精确度、灵敏度高、响应时间短的微型光电器件，能进一步拓展其潜在市场。
同类课题研究水平概述
- 作为光电器件的传统应用方式，光电传感器件是指采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。目前，光电传感器件主要包括光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管。光电传感器件具有非接触、响应快、性能可靠等特点，可以用来以可见光或红外光的形式控制报警器、测试仪、继电器等多种装置或执行机构。因此，被广泛应用于科研、生产、军工、电子、轻纺、影视、建筑、交通以及卫生防疫等专业领域。但是传统的光电传感器件光谱响应范围较窄、器件使用过程中工作要求条件较高，且多采用高纯度、单晶等光电属性要求较高的材料作为原材料，器件的制备造价颇高，这也成了当今光电器件普遍应用的瓶颈。 近年来，在众多III-V族元素中，碳元素以其丰富多样的存在形式以及非晶碳薄膜在气体探测传感器、气压探测传感器、硬质涂层、微电子器件等方面巨大的应用潜力越来越引起了人们的关注。之前，人们已经对非金属元素（碘、磷、氮、硼等）掺杂的非晶碳薄膜进行了光伏特性的研究。最近，非晶碳薄膜所表现出来的优异的光电导率以其在光传感器以及其他光电器件方面的巨大应用潜力引起人们的兴趣。 人们已经发现，室温条件下，100mW/cm2的白光照射下，纯非晶碳薄膜的光电导率（光电流与暗电流之比）能够达到5-20。研究表明，禁带宽度的限制及大量定域态存在会降低非晶碳膜的光电导率。人们已经知道，非晶碳薄膜的禁带宽度可以通过掺杂等方法改变其内部sp2碳与sp3碳杂化比例来调节。 为了提高非晶碳薄膜的光电导率，人们进行了大量的研究。最近，有人利用激光脉冲沉积方法制备了铁掺杂非晶碳薄膜/硅材料，该材料在室温条件下，20mW/cm2的白光照射下的光电导率高达170-220。而且进一步研究发现，铁掺杂纳米碳/硅异质结的反向饱和电流密度值与其光照强度的呈非线性关系，这严重影响了该材料在光电材料中的开发与应用。 我们课题组通过磁控溅射方法首次制备了具有优异光电特性的钯掺杂纳米碳/硅异质结材料，研究表明，在白光照射下，钯掺杂纳米碳/硅异质结反向饱和电流密度与光照强度呈线性关系，且进一步研究发现，在20mW/cm2的白光照射下，该材料的光电导率高达2000以上，利用该新材料这一优异的光电特性可以研发精确度、灵敏度更高、响应时间更短的微型光电器件。
