ZnO基柔性紫外探测器的制备和性能研究
发布时间：2020-10-26 02:10
伴随着便携性,可折叠性,可移植性等概念的兴起,柔性紫外探测器逐渐成为近年来的研究热点。ZnO材料同时具有半导体,光激发和压电三大特性,它们之间的耦合作用即为压光电效应。在ZnO材料中掺入Mg元素可以形成同样具有压光电效应的Mg_(0.2)Zn_(0.8)O合金,其禁带宽度增大,探测区间向短波段延伸。本文利用可以承受拉、压、弯曲等大变形的柔性材料PET作为衬底,实现了ZnO薄膜、Mg_(0.2)Zn_(0.8)O薄膜以及ZnO/Mg_(0.2)Zn_(0.8)O双层膜结构柔性紫外探测器的构建,测试器件在不同外应力作用下的性能增益情况,系统地研究了压电极化电荷对肖特基结和异质结中载流子输运行为的调控机制。为新型柔性紫外探测器的设计与开发提供思路与指导,主要研究成果如下:(1)从构筑ZnO薄膜肖特基结柔性紫外探测器的角度出发,通过调节射频磁控溅射中氧氩流量比来改善ZnO薄膜在柔性衬底上的生长质量。氧氩流量比为10:40 sccm时,ZnO薄膜的结晶性高,氧气既可以填补空位缺陷又不阻碍粒子的沉积运动。在此基础上研究了外应力变化对器件的ZnO/Au肖特基结界面载流子产生,分离,传输和复合行为的调控规律,发现压电极化电荷会直接改变接触结中的势垒高度和耗尽层宽度。在50 V偏压下,0.134的拉伸应变使器件的响应度提高了257%,光电流和灵敏度也均有增强。(2)从构筑Mg_(0.2)Zn_(0.8)O薄膜肖特基结柔性紫外探测器的角度出发,改变其叉指电极对数,提出了基于并联效应调控器件性能的理论模型。在外加偏压不变的情况下,增加器件的叉指电极对数可以有效提高其响应度。此外,在ZnO/Au肖特基结中压光电效应的理论基础上,分析了器件的Mg_(0.2)Zn_(0.8)O/Au肖特基结中压电极化电荷的产生对载流子收集过程的影响。在30 V偏压下,0.153的拉伸应变导致界面处积累负极化电荷,可以调控器件的响应度增大了308%。(3)从构筑ZnO/Mg_(0.2)Zn_(0.8)O异质结柔性紫外探测器的角度出发,将ZnO和Mg_(0.2)Zn_(0.8)O以双层膜的组合形式实现了双波段探测,发现增加ZnO薄膜厚度可以调控Mg_(0.2)Zn_(0.8)O薄膜层响应峰值大幅提高。同时对其施加不同外应力,研究基于压光电效应的紫外双波段可控载流子传输机制。在不断加大的拉伸应力下,Mg_(0.2)Zn_(0.8)O薄膜层的响应峰值比ZnO薄膜层的响应峰值增长更快。在30 V偏压下,0.141的拉伸应变使器件的Mg_(0.2)Zn_(0.8)O和ZnO响应峰值分别提高了278%和218%。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN23
【部分图文】：
第一章 绪论表现出压电效应。从根本上讲， Zn2+离子与相邻的 O2-离子组成以正四面体结构，如图 1.1(b)。在无外应力作用时，Zn2+离子和 O2-离重合，不产生电势差。当外应力作用在正四面体的顶点时，Zn2+离中心会发生相对位移进而生成一个偶极矩。晶体中所有单元生成的宏观上产生沿应力方向的电势差。已有报道运用 Lippman 理论可以长的单根 ZnO 纳米线受外应力作用时电势差的分布结果[15]：受到一时，纳米线+c 端的电势为正；切换到大小不变的压缩应力时，纳米。
两者接触处会形成肖特基结。如图1.2 所示，受到外应力后，半导体界面上的负极化电荷使得局域肖特基势垒高度增加，而正极化电荷将降低肖特基势垒的高度。利用压电极化电荷的内建电场可以改变局域肖特基势垒高度从而对金属-半导体接触结中的载流子传输进行调控。而且应变作用下所产生的极化电荷是以固定不动的形式分布在表面。极化电荷的正负性依赖于材料的晶向和应变的类型，通过拉伸或者压缩状态的切换可以改变接触结区的导电特性，进而对载流子在金属-半导体接触界面的输运过程进行调控。
.3 ZnO-10/PET紫外探测器稳定性性能 (a)不同方向紫外光照射 (b)持久性 (c)稳定性 (d)不光功率2013 年，台湾国立成功大学 S. J. Young 小组利用水热法制备了柔性 ZnO 纳米测器。在相同条件下与 ZnO 薄膜紫外探测器相比，ZnO 纳米棒紫外探测器表的响应度，给出的解释是纳米棒具有较大的表面-容积比，致使其陷光能力和吸附能力加强，如图 1.4 所示[18]。
【参考文献】
本文编号：2856332
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN23
【部分图文】：
第一章 绪论表现出压电效应。从根本上讲， Zn2+离子与相邻的 O2-离子组成以正四面体结构，如图 1.1(b)。在无外应力作用时，Zn2+离子和 O2-离重合，不产生电势差。当外应力作用在正四面体的顶点时，Zn2+离中心会发生相对位移进而生成一个偶极矩。晶体中所有单元生成的宏观上产生沿应力方向的电势差。已有报道运用 Lippman 理论可以长的单根 ZnO 纳米线受外应力作用时电势差的分布结果[15]：受到一时，纳米线+c 端的电势为正；切换到大小不变的压缩应力时，纳米。
两者接触处会形成肖特基结。如图1.2 所示，受到外应力后，半导体界面上的负极化电荷使得局域肖特基势垒高度增加，而正极化电荷将降低肖特基势垒的高度。利用压电极化电荷的内建电场可以改变局域肖特基势垒高度从而对金属-半导体接触结中的载流子传输进行调控。而且应变作用下所产生的极化电荷是以固定不动的形式分布在表面。极化电荷的正负性依赖于材料的晶向和应变的类型，通过拉伸或者压缩状态的切换可以改变接触结区的导电特性，进而对载流子在金属-半导体接触界面的输运过程进行调控。
.3 ZnO-10/PET紫外探测器稳定性性能 (a)不同方向紫外光照射 (b)持久性 (c)稳定性 (d)不光功率2013 年，台湾国立成功大学 S. J. Young 小组利用水热法制备了柔性 ZnO 纳米测器。在相同条件下与 ZnO 薄膜紫外探测器相比，ZnO 纳米棒紫外探测器表的响应度，给出的解释是纳米棒具有较大的表面-容积比，致使其陷光能力和吸附能力加强，如图 1.4 所示[18]。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 郝晓亮;;磁控溅射镀膜的原理与故障分析[J];电子工业专用设备;2013年06期
2 倪淑宇;吴惠萍;吴明英;;窄谱中波紫外线治疗皮肤病的健康教育[J];检验医学与临床;2010年24期
3 刘云燕;袁玉珍;李洁;高绪团;;ZnO基紫外光电探测器的研究进展[J];材料导报;2007年10期
相关博士学位论文 前3条
1 陆盛楠;一维ZnO纳米材料压电电子学效应及其应用基础[D];北京科技大学;2017年
2 刘凤娟;ZnO基薄膜的生长及其紫外光敏电阻器的研制[D];北京交通大学;2012年
3 胡懿;氧氩比和氢离子注入对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响[D];武汉大学;2010年
相关硕士学位论文 前1条
1 贺志强;日盲紫外探测技术研究[D];南京理工大学;2016年
本文编号：2856332
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2856332.html
