基于纳米压印ZnO光电探测器的制备及性能研究

发布时间：2017-09-07 06:25

  本文关键词：基于纳米压印ZnO光电探测器的制备及性能研究

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【摘要】：氧化锌(ZnO)是宽禁带半导体材料,在室温下其禁带宽度为3.37eV,光子能量对应紫外波段,是制备高性能紫外光电探测器的优质材料。在常规的平面ZnO薄膜光电探测器中,ZnO的光吸收能力有限,近年来很多工作围绕着提高ZnO薄膜光吸收能力展开,通过调控ZnO纳米结构(纳米线、纳米棒),增加ZnO的比表面积,提高ZnO光吸收能力。然而,ZnO纳米线、纳米棒的制备工艺复杂,不适用于大面积ZnO光电探测器的生产。本文采用了适合大面积生产的直接热压印的方法制备了三维结构ZnO薄膜；研究了三维纳米结构的陷光作用,提高了光电探测器的光吸收性能；此外,通过掺入金纳米颗粒,将ZnO光响应区间扩宽到了可见光区。首先,通过溶胶-凝胶法制备ZnO前驱体溶胶,将前驱体溶胶旋涂至Si02/Si基底得到ZnO溶胶薄膜。进一步通过纳米压印工艺,在ZnO溶胶薄膜表面构建三维纳米阵列结构,利用三维纳米结构的陷光作用,将ZnO薄膜光电探测器的光电流提高了15倍。其次,通过溶胶-凝胶法制备出粒径均一、分散度较好的金纳米颗粒溶胶。利用金纳米颗粒表面自由电子的等离子共振作用将ZnO的光电响应波段扩宽到可见光区,并且与纳米压印工艺相结合制备出三维纳米结构的ZnO-Au薄膜光电探测器,其光电流是平面ZnO光电探测器的26倍。最后,探讨了三维结构的几何尺寸对器件性能的影响,制备了几种不同宽深比的ZnO光电探测器,探索出光电转化率最优的ZnO纳米结构的宽深比为866nm/40nm,对此纳米结构进一步掺杂金纳米颗粒,制备了ZnO-Au薄膜光电探测器,其光电流是平面ZnO光电探测器光电流的208倍。
【关键词】：ZnO 光电探测器 纳米压印 三维纳米结构 金纳米颗粒 等离子体
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN36;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 ZnO概述10-14
• 1.1.1 ZnO的基本性质10-11
• 1.1.2 ZnO材料的应用11-12
• 1.1.3 ZnO纳米材料的制备方法12-14
• 1.2 纳米压印技术14-16
• 1.2.1 纳米压印技术简介14-15
• 1.2.2 纳米压印技术的分类及工艺流程15-16
• 1.3 表面等离子共振16-19
• 1.3.1 表面等离激元的概念16-18
• 1.3.2 表面等离子体共振作用机理18-19
• 1.4 光电探测器19-23
• 1.4.1 光电探测器作用机理19-20
• 1.4.2 ZnO基光电探测器的研究进展20-23
• 1.5 本论文的选题意义及主要的研究内容23-25
• 1.5.1 选题意义23
• 1.5.2 论文的主要研究内容23-25
• 2 三维纳米凹坑结构的ZnO薄膜光电探测器的制备及性能研究25-38
• 2.1 前言25
• 2.2 实验部分25-28
• 2.2.1 仪器和药品25-26
• 2.2.2 ZnO前驱体溶胶及ZnO薄膜的制备26-27
• 2.2.3 压印模板的制备27
• 2.2.4 ZnO薄膜纳米图案的制备27-28
• 2.2.5 光电探测器电极的制备28
• 2.3 结果与讨论28-37
• 2.3.1 Si模板形貌28-29
• 2.3.2 XRD表征29-30
• 2.3.3 SEM和AFM表征30-32
• 2.3.4 光电性能表征32-34
• 2.3.5 有限差分时域模拟34-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 表面等离激元提高ZnO光电探测器性能研究38-51
• 3.1 前言38-39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 仪器和药品39
• 3.2.2 ZnO-Au薄膜的制备39-40
• 3.2.3 压印模板的制备40
• 3.2.4 ZnO-Au薄膜纳米图案的制备40
• 3.2.5 ZnO-Au光电探测器电极的制备40-41
• 3.3 结果与讨论41-50
• 3.3.1 紫外-可见光吸收曲线41
• 3.3.2 XRD表征41-42
• 3.3.3 TEM表征42-44
• 3.3.4 SEM和AFM表征44-46
• 3.3.5 光电性能表征46-49
• 3.3.6 有限差分时域模拟49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 4 三维结构几何尺寸对ZnO光电探测器性能影响的研究51-60
• 4.1 前言51
• 4.2 实验部分51-53
• 4.2.1 仪器和药品51-52
• 4.2.2 ZnO溶胶薄膜和ZnO-Au溶胶薄膜的制备52
• 4.2.3 不同宽深比的压印模板的制备52-53
• 4.2.4 不同宽深比的ZnO和ZnO-Au纳米图案的制备53
• 4.2.5 ZnO光电探测器电极的制备53
• 4.3 结果与讨论53-59
• 4.3.1 SEM和AFM表征53-56
• 4.3.2 ZnO光电探测器光电性能表征56-57
• 4.3.3 有限差分时域模拟57-58
• 4.3.4 不同宽深比的ZnO-Au光电探测器光电性能表征58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 结论与展望60-62
• 5.1 全文主要结论60-61
• 5.2 论文的创新点61
• 5.3 工作展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-73
• 附录73

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