基于ZnO纳米棒异质结自供电光电探测器的制备与光电性能研究

发布时间：2021-03-01 07:29

　　近年来,光电探测器被广泛地应用于军事和国民经济等领域,具有极大的应用价值和科研价值。本文利用ZnO的宽禁带、高电子迁移率等优势,构筑基于ZnO纳米棒（ZnO NRs）阵列结构的自供电光电探测器,并通过对ZnO纳米棒进行Ga掺杂,获取了较好的光电性能。首先,我们利用水浴法生长ZnO纳米棒,制备了基于n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结的自供电紫外光电探测器。由于水浴法制备的ZnO纳米棒有较多缺陷态,这些缺陷会捕获光生载流子,降低器件性能,因此我们通过对ZnO纳米棒掺入Ga元素来减少纳米棒中的缺陷浓度,提高器件的光电探测性能。研究发现,在相同的条件下,Ga:ZnO（GZO）纳米棒/GaN异质结探测器相对于ZnO纳米棒/GaN探测器具有更好的光电响应特性,并且能够实现更可靠的自供电性能。在零偏压,光强为1.31 mW/cm2的混合紫外光照射下,GZO纳米棒/GaN探测器的光/暗电流（lph/ldark）比达到了3.2×105,此数值是ZnO纳米棒/GaN异质结光/暗电流比的75倍;掺Ga纳米棒器件的响应度最大值达到0.23 A/W,是ZnO纳米棒基探测器的3倍多。其次,我们以GZO纳米棒阵列为... 

【文章来源】：湖北大学湖北省

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１?ｎ－ＧＺＯ纳米棒／ｐ－ＧａＮ光电探测器的制备流程图??

２．?４．?１纳米棒阵列的形貌表征分析??麵瞧??图２．２纳米棒的ＳＥＭ图：（ａ）ＵＺＯ纳米棒的平面图；（ｂ）?ＧＺＯ纳米棒的平面图??图２．２?（ａ）和（ｂ）分别为ＵＺＯ纳米棒与ＧＺＯ纳米棒阵列的ＳＥＭ平面图，??从图中可以看出，ＵＺＯ纳米棒的平均直径约为７０?ｎｍ，?ＧＺＯ纳米棒的平均直径??约为１００?ｒｎｎ。基于传统成核理论，在Ｇａ：ＺｎＯ纳米棒生长的过程中，镓原子掺入??ＺｎＯ后会取代晶格中的Ｚｎ原子，晶格即产生同等数量的“缺陷”，此时晶体的??最低能量状态被破坏，不可避免地需要汲取额外能量来维持生长，这意味着ＺｎＯ??纳米棒的异相成核被阻止；在较低的成核密度下，横向生长被促进，因而导致掺??Ｇａ后的ＺｎＯ纳米棒平均直径变大［２７＿２８］。（ｂ）图中的ＧＺＯ纳米棒呈明显的正六??边形，这侧向证明我们制备的ＧＺＯ纳米棒可能为六方纤锌矿结构。??２．?４．?２纳米棒阵列的物相和光吸收分析??图２．３?（ａ）为ＧＺＯ与ＵＺＯ纳米棒阵列的ＸＲＤ曲线。可以看到，纳米棒在??３４．４°和７２．６°附近出现了衍射峰

的摩尔含量约为１．８％。??２．?４．?３探测器的Ｉ－Ｖ特性分析??图２．４?（ａ）为ＧＺＯ纳米棒／ＧａＮ探测器和ＵＺＯ纳米棒／ＧａＮ探测器的暗电流??与电压（Ｗｋ－Ｖ）的对数曲线。从图中可以看到，ＧＺＯ纳米棒／ＧａＮ探测器的暗??电流比ＵＺＯ纳米棒／ＧａＮ探测器的暗电流小得多：当电压为－ＩＶ时，ＧＺＯ纳米??棒器件的暗电流约为－０．５?ｎＡ，ＵＺＯ纳米棒器件的暗电流约为－２０．９?ｎＡ；当电压为??０Ｖ时，掺杂纳米棒器件的暗电流约为－０．０１?ｎＡ，未掺杂纳米棒器件的暗电流约??为－０．０５?ｎＡ。０Ｖ时的暗电流是探测器的噪声电流，噪声电流越小，探测器就越??容易实现弱光探测，具有更强的抗干扰能力和更小的使用功耗。掺杂纳米棒器件??的暗电流变小可能是由ＧＺＯ纳米棒中的氧空位减少导致的。不难看出，这两种??器件都有很好的二极管整流效应

【参考文献】：
期刊论文
[1]薄膜开关用导电碳浆的研究[J]. 贺平,赵燕熹,何宝林.  电子元件与材料. 2003(08)



本文编号：3057147