ZnO基双色探测器的制备及研究

发布时间：2020-03-23 23:01

【摘要】：ZnO基薄膜是一种带隙可调的直接宽带隙半导体材料(室温下禁带宽度约3.37eV),通过对ZnO半导体薄膜掺杂Mg元素,能够合成Mg_xZn_(1-x)O三元合金化合物,使其半导体薄膜禁带宽度在3.37 eV-7.80 eV范围内可调,拓宽探测器的探测波段范围,利用不同Mg组分和不同结构的半导体薄膜,能够制备出性能优异的双色探测器。本论文主要阐述ZnO基半导体薄膜的生长以及双色探测器的制备,制备出高质量半导体薄膜及其双色探测器。主要研究成果如下:(1)从双层膜结构考虑,在不同溅射功率下对半导体薄膜的晶体质量进行了表征。在溅射功率为160 W时,通过SEM图谱发现薄膜的生长颗粒大小较为均一,且XRD的衍射峰值相对较高。在此基础下制备的双色探测器,Mg_(0.38)Zn_(0.62)O和ZnO响应度峰值分别达到了0.45 A/W,0.30 A/W,相较于140 W和180 W功率下探测器的响应度峰值,分别提高了450%,225%。通过对Mg_(0.20)Zn_(0.80)O/ZnO与ZnO/Mg_(0.20)Zn_(0.80)O两种不同的双层膜结构进行比较,发现由于金属电极所产生的电场强度对于半导体薄膜的影响随距离变化而改变,通过调整半导体薄膜位置有效地调控了双色探测器的性能。(2)设计三明治结构,构筑双色探测器。基于三明治结构本身双肖特基结的优势,分别在衬底托盘温度为室温、523 K、673 K和723 K的条件下生长半导体薄膜和金属电极,发现随温度升高薄膜质量在变好的同时,夹层金属电极发生一定程度的损坏。综合考虑温度对两者的影响,器件在673 K的温度下其光电性能达到最高,Mg_(0.20)Zn_(0.80)O和ZnO响应度峰值分别约为1.30 A/W和0.30 A/W。通过与双层膜结构探测器的对比,发现在双肖特基结的影响下,三明治结构探测器收集载流子更强,且两个响应度峰值均达到了1.50 A/W,有效提高了器件的光电性能。(3)从混相半导体薄膜入手,区别于传统复杂双色探测器,简化器件结构的同时,实现了双色探测。通过制备高Mg组分的混相Mg_(0.40)Zn_(0.60)O薄膜,使其在两个不同的波段对光产生响应。基于混相薄膜,通过改变电极的宽度,增大了肖特基结耗尽层的宽度,有效地提高了器件的光电性能。在同样的偏压下,电极宽度从3μm增加到8μm,使其响应度峰值由1.60 A/W提升到了3.10 A/W。
【图文】：

图 1.1 MgZnO 半导体薄膜的透射光谱Choopun 等人报道了一系列的 MgxZn1-xO 薄膜合金，利用电积温度，对于薄膜的组分，结构以及 MgxZn1-xO 合金薄膜想实现薄膜结构由六方相向立方相转变，，Mg 原子的组分氏度到室温之间[21]。如图 1.2 所示。

图 1.1 MgZnO 半导体薄膜的透射光谱2001 年，Choopun 等人报道了一系列的 MgxZn1-xO 薄膜合金，利用电子束沉积法，发现不同的沉积温度，对于薄膜的组分，结构以及 MgxZn1-xO 合金薄膜的带隙都有很大的影响。要想实现薄膜结构由六方相向立方相转变，Mg 原子的组分要大于 50%，温度在 750 摄氏度到室温之间[21]。如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN36

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本文编号：2597396