基于柔性衬底的ZnO纳米紫外焦平面探测器芯片技术

发布时间：2020-09-16 14:21

　　本文将传统的微电子片上制备工艺和纳米技术结合,在柔性聚合物衬底上合成横向桥接的ZnO纳米线,制备出大面阵、高均匀性和电学稳定性的柔性紫外焦平面探测器阵列。主要的创新性结果如下:1.在普通光滑的聚酰亚胺(PI)衬底和具有特殊纹理结构的PI衬底上制备基于横向ZnO NW的紫外探测器,对比实验发现普通光滑PI衬底上的传感器在器件制备过程中由于温度、湿度等因素引起残余应力而出现裂缝。这些裂缝较短并随机分布,因此它们可能不会显著影响器件性能。而在机械弯曲后,器件产生穿透电极的裂缝并导致电接触失效。改善ZnO种子层质量可以减少器件制备期间形成的开裂和屈曲,但不能防止器件在机械弯曲过程中产生的开裂。在3×3传感器阵列中,弯曲80°后只有一个传感器保持原有特性。当弯曲角度大于-40°或60°时,器件失效。相反,在纹理PI衬底上制备的器件表现出更好的电稳定性。在3×3传感器阵列中,在机械弯曲后,所有传感器保持其原有性能。在15mW/cm~2365nm紫外光下,偏压为1V,弯曲角度在-80°到80°之间变化时,光暗电流比保持在10~5的水平。纹理PI衬底比平滑的PI衬底能够承受更大的应力,以防止薄膜开裂,同时可以增加ZnO薄膜与PI衬底之间的接触面积,从而提高膜-基的界面结合强度并延迟薄膜的局部应变,进而提高柔性紫外探测器在弯曲应力下的电学稳定性。2.在柔性衬底上制备基于横向ZnO NW阵列的柔性紫外焦平面探测器阵列,该阵列由32×32个探测单元组成,像素尺寸为60×125μm~2,像素中心间距为150μm。在阵列中100%的传感器能够对入射的紫外光做出响应,并显示出较高的均匀性(光电流的非均匀性为44%)。在5mW/cm~2 365nm紫外光下,偏压为1V时,探测器阵列的平均光暗电流比可达到~1.1×10~5,平均响应度可达到~923 A/W,平均比探测率可达到~2.5×10~(14)Jones。该阵列在弯曲状态下也表现出优异的柔韧性和电稳定性。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN23
【部分图文】：

示意图,异质结,能带图,器件结构

[10]，衬底为PET，图1-1(b)为器件工作原理。365nm紫外光照时器件的响应度仅为7.2mA/W，图 1-1 (a) p-Cu2O / n-ZnO 器件结构示意图；(b) Cu2O / ZnO 异质结的能带图[10]Fig 1-1 (a) Schematic diagram of the p-Cu2O/n-ZnO device; (b) Energy band diagram ofCu2O/ZnO junction.

传感器结构,主要组成部分,紫外,器件

北京工业大学工学硕士学位升和下降时间分别为 1.4s 和 0.5s。垂直结构的 ZnO 纳米线阵列结构限制了的感光面积，降低了器件的光电转化效率。除上下电极结构外，还可以在垂直 ZnO 纳米线阵列的上表面制备水平结电极[11]，器件结构如图 1-2 所示。在 3V 偏压下，紫外光照 365nm 10 mA，器件光暗电流比为 150 倍，响应时间约为 80s，下降时间为 20s。在器件过程中 ZnO 种子层充当了导电沟道，而且器件电极浮于纳米线阵列表面，结构增加了器件工作的不稳定性。

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作过程中 ZnO 种子层充当了导电沟道，而且器件电极浮于纳米线阵列表面，这种结构增加了器件工作的不稳定性。图 1-2 平面 (a) 和弯曲 (b) 形式的紫外 ZnO-NR / PDMS 传感器结构示意图，同时展示了传感器的主要组成部分[11]Fig 1-2 Schematic diagram of the UV ZnO-NR/PDMS detector in the flat (a) and bent (b) forms.The main components of the detector are also shown.

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