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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型“鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)”光電材料的研發(fā)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
該新型“鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)”光電材料的研發(fā)基于鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)優(yōu)異的光電特性，針對(duì)傳統(tǒng)的光電材料存在制備成本高、工藝復(fù)雜、存在環(huán)境污染等問(wèn)題，研發(fā)出成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的新型光電材料，為研發(fā)成本更低、精確度、靈敏度更高的、響應(yīng)時(shí)間更短的微型光電器件提供了新材料。 目前，該項(xiàng)目研發(fā)的新型光電材料已經(jīng)由合作廠家投入到新型照度計(jì)的研發(fā)中。
詳細(xì)介紹：
該新型“鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)”光電材料的研發(fā)基于鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)優(yōu)異的光電特性，針對(duì)傳統(tǒng)的光電材料存在制備成本高、工藝復(fù)雜、存在環(huán)境污染等問(wèn)題，研發(fā)出成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的新型光電材料，為研發(fā)成本更低、精確度、靈敏度更高的、響應(yīng)時(shí)間更短的微型光電器件提供了新材料。 該項(xiàng)目實(shí)施從2010年12月至2011年5月，歷時(shí)6個(gè)月，其中經(jīng)歷了新材料的制備、性能測(cè)試、與信號(hào)處理電路的集成、市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)等4個(gè)階段。參與人員包括：指導(dǎo)教師薛慶忠教授（項(xiàng)目的實(shí)施及技術(shù)指導(dǎo)），項(xiàng)目申請(qǐng)人王盛（新型光電器件中新材料的制備、研發(fā)及項(xiàng)目的申報(bào)），項(xiàng)目成員張令坦（新型光電器件中信號(hào)處理電路部分的設(shè)計(jì)與研發(fā)），項(xiàng)目成員馬明（新型光電器件中新材料性能測(cè)試及理論研究），項(xiàng)目成員董云鶴（新型光電器件外殼包裝的設(shè)計(jì)、新材料的市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)）項(xiàng)目成員張忠陽(yáng)（新型光電器件外殼包裝的設(shè)計(jì)、新材料的市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)）。另外，本項(xiàng)目得到了寧波市北侖區(qū)大碶鑫勛機(jī)械模具廠和深圳市精華鑫電子有限公司 的合作與大力支持，保證了該項(xiàng)目的順利實(shí)施及樣品的生產(chǎn)。 目前，該研發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)，該項(xiàng)目研發(fā)的新型光電材料已經(jīng)由合作廠家投入到新型照度計(jì)的研發(fā)中，并已制出實(shí)用樣品。

作品圖片

  • 新型“鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)”光電材料的研發(fā)
  • 新型“鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)”光電材料的研發(fā)
  • 新型“鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)”光電材料的研發(fā)
  • 新型“鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)”光電材料的研發(fā)
  • 新型“鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)”光電材料的研發(fā)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1.設(shè)計(jì)發(fā)明目的 傳統(tǒng)的光電材料存在制備成本高、工藝復(fù)雜、存在環(huán)境污染等問(wèn)題，開發(fā)新型的、光電特性優(yōu)異、制備簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好的光電材料非常重要。 新材料的光電特性優(yōu)異、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好，可用于研發(fā)成本低廉、精確度、靈敏度更高的、響應(yīng)時(shí)間更短的微型光電器件。 2.基本思路 （1）利用磁控濺射方法制備該材料。 （2）研究該材料的光電特性。 （3）利用該新材料研發(fā)新型的光電器件。 3.創(chuàng)新點(diǎn) (1)利用磁控濺射方法，首次制備了具有優(yōu)異光電特性的鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)材料。 (2)為研發(fā)微型的、精確度、靈敏度更高的、響應(yīng)時(shí)間更短的微型光電器件提供了新材料。 (3)該材料制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉、環(huán)境友好。 4.技術(shù)關(guān)鍵 利用磁控濺射方法制備所需濺射條件和鈀摻雜量。 5.主要技術(shù)指標(biāo) (1)材料的結(jié)構(gòu)：銅/鈀摻雜納米碳膜/二氧化硅/硅 材料截面厚度： Cu電極厚度: 30 nm; a-C:Pd 層厚度: 20nm ; SiO2 層厚度: 1.2 nm; Si 基片厚度：0.4 mm 材料體積：5×5×0.4 (mm) (2)材料的光敏感響應(yīng)時(shí)間：<< 0.1秒； (3)光電靈敏度：>0.1 uA/uW。測(cè)量范圍：≥0.01uW/cm2 (4)與傳統(tǒng)光電材料相比，該材料擁有更加優(yōu)異的光電特性，且材料的制備采用價(jià)格低廉的石墨為原材料，大大的降低了新型光電器件的成本。

科學(xué)性、先進(jìn)性

作品的科學(xué)性、先進(jìn)性 1.首次研發(fā)了具有優(yōu)異光電特性的鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)。該納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)的反向飽和電流對(duì)光照異常敏感（在20mW/cm2的白光照射下，該材料的光電導(dǎo)率高達(dá)2000以上）。另外，在白光照射下，該材料在1V的反向偏壓下的反向飽和電流密度與光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系（線性相關(guān)度可達(dá)R2≥0.998）?？蔀檠邪l(fā)精確度、靈敏度更高的、響應(yīng)時(shí)間更短的微型光電器件提供新材料。 2.與傳統(tǒng)光電材料相比，該新型材料的制備采用價(jià)格低廉的石墨為原材料，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。 3.碳材料對(duì)環(huán)境無(wú)污染、安全環(huán)保。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

1.相關(guān)文章《Photovoltaic characteristics of Pd doped amorphous carbon film/SiO2/Si》已發(fā)表在 Applied Physics Letters, 97, 061902 (2010). 2.相關(guān)研究已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利： 一種具有光伏效應(yīng)的鈀摻雜碳薄膜材料 公開（公告）號(hào)：CN101807611A 3.相關(guān)研究已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利： 一種具有光電導(dǎo)效應(yīng)的鈀摻雜碳膜/氧化物/半導(dǎo)體材料 申請(qǐng)?zhí)枺?01110095822.9

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段—所研發(fā)的新型光電材料已經(jīng)由合作廠家投入到新型照度計(jì)的研發(fā)中，并已制出實(shí)用樣品。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

洽談轉(zhuǎn)賣。

作品可展示的形式

現(xiàn)場(chǎng)演示，實(shí)物、產(chǎn)品展示，圖片展示。

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1.使用說(shuō)明 可應(yīng)用于研發(fā)成本低廉、精確度、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短的微型光電器件。例如，利用該材料開發(fā)的照度計(jì)、輻照計(jì)等。將待測(cè)光源垂直照射到新材料表面，利用電流計(jì)便可實(shí)時(shí)得到當(dāng)前的光照強(qiáng)度。 2.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) (1)材料制備工藝簡(jiǎn)單，成品率高； (2)材料的光電響應(yīng)時(shí)間極短，靈敏度高； (3)碳材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，無(wú)污染。 3.適應(yīng)范圍 可應(yīng)用于研發(fā)成本低廉、精確度、靈敏度更高、響應(yīng)時(shí)間更短的微型光電器件——鈀摻雜納米碳/二氧化硅/硅異質(zhì)結(jié)，該材料生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，靈敏度高、穩(wěn)定性好、環(huán)境友好，具有廣闊的應(yīng)用前景。 4.市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 碳材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格便宜，性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)人體無(wú)毒害，而且該新型光電材料制備工藝簡(jiǎn)單，成品率高，因此，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。另外，將該新型光電材料應(yīng)用于研發(fā)精確度、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短的微型光電器件，能進(jìn)一步拓展其潛在市場(chǎng)。

同類課題研究水平概述

作為光電器件的傳統(tǒng)應(yīng)用方式，光電傳感器件是指采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。目前，光電傳感器件主要包括光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管。光電傳感器件具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，可以用來(lái)以可見光或紅外光的形式控制報(bào)警器、測(cè)試儀、繼電器等多種裝置或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，被廣泛應(yīng)用于科研、生產(chǎn)、軍工、電子、輕紡、影視、建筑、交通以及衛(wèi)生防疫等專業(yè)領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)的光電傳感器件光譜響應(yīng)范圍較窄、器件使用過(guò)程中工作要求條件較高，且多采用高純度、單晶等光電屬性要求較高的材料作為原材料，器件的制備造價(jià)頗高，這也成了當(dāng)今光電器件普遍應(yīng)用的瓶頸。 近年來(lái)，在眾多III-V族元素中，碳元素以其豐富多樣的存在形式以及非晶碳薄膜在氣體探測(cè)傳感器、氣壓探測(cè)傳感器、硬質(zhì)涂層、微電子器件等方面巨大的應(yīng)用潛力越來(lái)越引起了人們的關(guān)注。之前，人們已經(jīng)對(duì)非金屬元素（碘、磷、氮、硼等）摻雜的非晶碳薄膜進(jìn)行了光伏特性的研究。最近，非晶碳薄膜所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異的光電導(dǎo)率以其在光傳感器以及其他光電器件方面的巨大應(yīng)用潛力引起人們的興趣。 人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，室溫條件下，100mW/cm2的白光照射下，純非晶碳薄膜的光電導(dǎo)率（光電流與暗電流之比）能夠達(dá)到5-20。研究表明，禁帶寬度的限制及大量定域態(tài)存在會(huì)降低非晶碳膜的光電導(dǎo)率。人們已經(jīng)知道，非晶碳薄膜的禁帶寬度可以通過(guò)摻雜等方法改變其內(nèi)部sp2碳與sp3碳雜化比例來(lái)調(diào)節(jié)。 為了提高非晶碳薄膜的光電導(dǎo)率，人們進(jìn)行了大量的研究。最近，有人利用激光脈沖沉積方法制備了鐵摻雜非晶碳薄膜/硅材料，該材料在室溫條件下，20mW/cm2的白光照射下的光電導(dǎo)率高達(dá)170-220。而且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鐵摻雜納米碳/硅異質(zhì)結(jié)的反向飽和電流密度值與其光照強(qiáng)度的呈非線性關(guān)系，這嚴(yán)重影響了該材料在光電材料中的開發(fā)與應(yīng)用。 我們課題組通過(guò)磁控濺射方法首次制備了具有優(yōu)異光電特性的鈀摻雜納米碳/硅異質(zhì)結(jié)材料，研究表明，在白光照射下，鈀摻雜納米碳/硅異質(zhì)結(jié)反向飽和電流密度與光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系，且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在20mW/cm2的白光照射下，該材料的光電導(dǎo)率高達(dá)2000以上，利用該新材料這一優(yōu)異的光電特性可以研發(fā)精確度、靈敏度更高、響應(yīng)時(shí)間更短的微型光電器件。
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