三明治结构ZnO基紫外光电探测器的制备及性能优化
发布时间：2021-03-26 08:43
ZnO是一种直接带隙半导体材料,通过掺杂Mg元素可以获得MgZn O三元合金,实现带隙在3.3-7.8 eV之间可调。针对Zn O基MSM结构紫外光电探测器光吸收率较低等问题,本文首先对ZnO薄膜参数进行调控,设计出ZnO/Au/ZnO三明治结构紫外光电探测器,在此基础上引入MgZnO材料设计出Mg0.2Zn0.8O/Au/ZnO和Mg0.5Zn0.5O/Au/ZnO三明治结构紫外光电探测器,实现对紫外可见波段以及日盲波段的探测,并对三明治结构器件性能进行系统表征。主要研究成果如下:（1）从增加器件对光的吸收入手,创新性的设计了三明治结构ZnO/Au/ZnO（300nm）紫外光电探测器。调控Au电极厚度,发现Au电极厚度为20 nm时,5 V偏压下ZnO/Au/ZnO（300 nm）器件的响应度为9.76 A/W。在此基础上,对ZnO（S1）薄膜进行热退火处理,达到优化三明治结构器件性能的目的。当退火温度为700℃时,5 V偏压下ZnO（S1）/Au/Zn...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统MSM结构和三明治结构对比图
第一章绪论31.3ZnO基紫外光电探测器的研究现状目前关于ZnO基紫外光电探测器的主要研究方向包括p型ZnO的制备[21,22]，为增加ZnO基紫外光电探测器的实用性使用导电衬底、柔性衬底[23]，提高探测器灵敏度引入ZnO纳米材料等等[24,25]，但最为突出的是和MgZnO材料相结合。由于MgZnO材料可对可见盲波段和整个日盲波段(200-280nm)的紫外光进行探测，MgZnO材料逐渐成为研究热点。2011年WuCZ等人通过磁控溅射装置在玻璃衬底上生长了Mg0.24Zn0.76O薄膜，蒸镀Ti/Au电极，制备成MSM结构器件，Mg0.24Zn0.76O薄膜和Ti/Au电极形成欧姆接触，器件具有较低的暗电流，如图1.2所示[26]。图1.2Mg0.24Zn0.76O器件的I-V曲线(a)暗电流(b)光电流2012年XieXH等人研究了一种基于MgZnO/i-MgO/p-Si双异质结的双色紫外光电探测器。该装置在在太阳盲区(250nm)和可见光盲区(约330nm)表现出明显的优势响应。利用该结构的能带图如图1.3所示，解释能够进行双色检测是由立方MgO和六方MgZnO的价带偏移引起的[27]。
第一章绪论4图1.3MgZnO/i-MgO/p-Si能谱图2013年，LuCY等人在衬底上利用PAMBE法生长一层MgO薄膜，随后外延出立方相的MgZnO薄膜[28]。2014年SchoenfeldWV等人利用分子束外延方法在在蓝宝石衬底上生长出了高质量的Mg0.46Zn0.54O薄膜，并制备出MSM结构的太阳盲波段紫外光电探测器，如图1.4所示，在5V偏压下，探测器在225nm处的响应达到201A/W[29]。图1.4Mg0.46Zn0.54OMSM结构响应度图谱2015年HwangJD等人研究了700-900℃退火温度对MgZnO薄膜的影响，结果表明，随着退火温度的升高，Mg原子的含量增加，从图可以看出衍射峰逐渐红移，如图1.5所示。900℃退火时，Mg含量测定为49.2at%。然而，在这样的高温退火处理下，MgZnO薄膜中并没有发生立方相的MgZnO偏析，说明射频溅射生长的MgZnO薄膜是相当稳定的。高温(900℃)退火使MgZnO膜致密，晶粒间隙更小，相比于低温
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnO纳米棒/CdS量子点的制备及紫外-可见探测性能研究[J]. 胡轶,胡更新,张洁静,桑丹丹,李易昆,高世勇. 中国光学. 2019(06)
[2]基于紫外-可见光吸收光谱和三维荧光光谱的腐殖酸光降解组分特征分析[J]. 赵紫凡,孙欢,苏雅玲. 湖泊科学. 2019(04)
[3]High-performance waveguide-integrated Ge/Si avalanche photodetector with small contact angle between selectively epitaxial growth Ge and Si layers[J]. 杜小倩,李冲,黎奔,王楠,赵越,杨帆,余凯,周琳,李秀丽,成步文,薛春来. Chinese Physics B. 2019(06)
[4]X射线衍射法测定纳米晶纯铝的平均晶粒尺寸[J]. 李萍,周昊. 理化检验(物理分册). 2019(06)
[5]基于硫化铅量子点和氧化锌纳米颗粒异质结的高性能柔性和宽波段光电探测器（英文）[J]. 彭明发,汪永杰,沈青青,谢欣凯,郑和闯,马万里,文震,孙旭辉. Science China Materials. 2019(02)
[6]原子层沉积生长电学性质可调ZnO薄膜工艺[J]. 张思敏,程嵩,卢维尔,夏洋. 微纳电子技术. 2016(09)
[7]基于原子力显微镜的薄膜原位压痕力学性能研究[J]. 杜圆明,张跃飞,张长辉,刘燕萍. 稀有金属材料与工程. 2015(08)
[8]Au电极厚度对MgZnO紫外探测器性能的影响[J]. 孙华山,刘可为,陈洪宇,范明明,陈星,李炳辉,申德振. 发光学报. 2015(02)
[9]半导体器件扫描电镜低电压成像技术应用[J]. 梁栋程,周庆波,王淑杰,王晓敏. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(03)
[10]氧气流量对Mgx Zn1-xO薄膜择优取向的影响[J]. 邵玉坤,韩舜,吕有明,曹培江,柳文军,曾玉祥,贾芳,朱德亮,马晓翠. 人工晶体学报. 2013(03)
本文编号：3101315
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统MSM结构和三明治结构对比图
第一章绪论31.3ZnO基紫外光电探测器的研究现状目前关于ZnO基紫外光电探测器的主要研究方向包括p型ZnO的制备[21,22]，为增加ZnO基紫外光电探测器的实用性使用导电衬底、柔性衬底[23]，提高探测器灵敏度引入ZnO纳米材料等等[24,25]，但最为突出的是和MgZnO材料相结合。由于MgZnO材料可对可见盲波段和整个日盲波段(200-280nm)的紫外光进行探测，MgZnO材料逐渐成为研究热点。2011年WuCZ等人通过磁控溅射装置在玻璃衬底上生长了Mg0.24Zn0.76O薄膜，蒸镀Ti/Au电极，制备成MSM结构器件，Mg0.24Zn0.76O薄膜和Ti/Au电极形成欧姆接触，器件具有较低的暗电流，如图1.2所示[26]。图1.2Mg0.24Zn0.76O器件的I-V曲线(a)暗电流(b)光电流2012年XieXH等人研究了一种基于MgZnO/i-MgO/p-Si双异质结的双色紫外光电探测器。该装置在在太阳盲区(250nm)和可见光盲区(约330nm)表现出明显的优势响应。利用该结构的能带图如图1.3所示，解释能够进行双色检测是由立方MgO和六方MgZnO的价带偏移引起的[27]。
第一章绪论4图1.3MgZnO/i-MgO/p-Si能谱图2013年，LuCY等人在衬底上利用PAMBE法生长一层MgO薄膜，随后外延出立方相的MgZnO薄膜[28]。2014年SchoenfeldWV等人利用分子束外延方法在在蓝宝石衬底上生长出了高质量的Mg0.46Zn0.54O薄膜，并制备出MSM结构的太阳盲波段紫外光电探测器，如图1.4所示，在5V偏压下，探测器在225nm处的响应达到201A/W[29]。图1.4Mg0.46Zn0.54OMSM结构响应度图谱2015年HwangJD等人研究了700-900℃退火温度对MgZnO薄膜的影响，结果表明，随着退火温度的升高，Mg原子的含量增加，从图可以看出衍射峰逐渐红移，如图1.5所示。900℃退火时，Mg含量测定为49.2at%。然而，在这样的高温退火处理下，MgZnO薄膜中并没有发生立方相的MgZnO偏析，说明射频溅射生长的MgZnO薄膜是相当稳定的。高温(900℃)退火使MgZnO膜致密，晶粒间隙更小，相比于低温
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnO纳米棒/CdS量子点的制备及紫外-可见探测性能研究[J]. 胡轶,胡更新,张洁静,桑丹丹,李易昆,高世勇. 中国光学. 2019(06)
[2]基于紫外-可见光吸收光谱和三维荧光光谱的腐殖酸光降解组分特征分析[J]. 赵紫凡,孙欢,苏雅玲. 湖泊科学. 2019(04)
[3]High-performance waveguide-integrated Ge/Si avalanche photodetector with small contact angle between selectively epitaxial growth Ge and Si layers[J]. 杜小倩,李冲,黎奔,王楠,赵越,杨帆,余凯,周琳,李秀丽,成步文,薛春来. Chinese Physics B. 2019(06)
[4]X射线衍射法测定纳米晶纯铝的平均晶粒尺寸[J]. 李萍,周昊. 理化检验(物理分册). 2019(06)
[5]基于硫化铅量子点和氧化锌纳米颗粒异质结的高性能柔性和宽波段光电探测器（英文）[J]. 彭明发,汪永杰,沈青青,谢欣凯,郑和闯,马万里,文震,孙旭辉. Science China Materials. 2019(02)
[6]原子层沉积生长电学性质可调ZnO薄膜工艺[J]. 张思敏,程嵩,卢维尔,夏洋. 微纳电子技术. 2016(09)
[7]基于原子力显微镜的薄膜原位压痕力学性能研究[J]. 杜圆明,张跃飞,张长辉,刘燕萍. 稀有金属材料与工程. 2015(08)
[8]Au电极厚度对MgZnO紫外探测器性能的影响[J]. 孙华山,刘可为,陈洪宇,范明明,陈星,李炳辉,申德振. 发光学报. 2015(02)
[9]半导体器件扫描电镜低电压成像技术应用[J]. 梁栋程,周庆波,王淑杰,王晓敏. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(03)
[10]氧气流量对Mgx Zn1-xO薄膜择优取向的影响[J]. 邵玉坤,韩舜,吕有明,曹培江,柳文军,曾玉祥,贾芳,朱德亮,马晓翠. 人工晶体学报. 2013(03)
本文编号：3101315
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