ZnTe:Ga/Si绿光光电探测器
发布时间：2021-06-08 11:52
文章以Ga/Ga2O3为掺杂源,通过化学气相沉积法（chemical vapor deposition,CVD）实现了ZnTe:Ga纳米线的合成,利用X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）仪、扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）仪、透射电子显微镜（transmission electron microscopy,TEM）、光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）等表征其形貌、结构与成分,并构建了基于其的底栅场效应器件。实验结果表明,产物纳米线具有较为明显的p型半导体特性,电导率为2.55S/cm,空穴迁移率为1.33cm2/（V·s）。经过光刻与刻蚀工艺制备了p-ZnTe:Ga与n-Si构成的p-n异质结,测试发现制备的p-n异质结具有明显的整流特性,正向开启电压约为1.2V,在±2V时整流比约为500,在-2V偏压时,器件在光的照射下光电流显著增加,响应度R为6.51×103 A/W,比探...
【文章来源】：合肥工业大学学报(自然科学版). 2017,40(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２单根ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线的底栅场效应管器件示意图和各特性曲线
单根ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线底栅场效应管的转移特性曲线如图２ｄ所示，该特性曲线是以栅电压为横坐标，以源漏电流为纵坐标。由图２ｄ中可以看出，在－５Ｖ的恒定源漏电压下，随着栅极电压的增加，源漏电流逐渐减小，体现出了栅极电压对源漏电流的控制能力；结果与图２ｃ所示的器件输出特性曲线一致，也说明了合成的ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线是ｐ型的。载流子的迁移率和空穴浓度的计算公式［１５］为：μｈ＝ｇｍｌｎ（４ｈ／ｄ）Ｌ２πε０εＳｉＯ２Ｖｄｓ（４）ｎｈ＝σｑμｈ（５）其中，ｇｍ为该场效应器件的跨导（取线性区域），ｇｍ＝ｄＩｄｓ／ｄＶｇｓ；εＳｉＯ２、Ｌ、ｈ、ｄ、分别为ＳｉＯ２的介电常数（３．９）、源漏电极之间的沟道宽度（１５μｍ）、底栅器件中绝缘层的厚度（３００ｎｍ）、纳米线的直径（１５０ｎｍ）。由（４）式、（５）式可以推导出ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线的空穴迁移率为１．３３ｃｍ２／（Ｖ·ｓ），空穴浓度为１．１９×１０１９ｃｍ－３。２．３ＺｎＴｅ：Ｇａ／Ｓｉｐ－ｎ异质结的制备与研究ｐ－ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线与ｎ－Ｓｉ的ｐ－ｎ异质结器件制备流程示意图如图３所示。图３ＺｎＴｅ：Ｇａ／Ｓｉｐ－ｎ异质结器件制备流程示意图ＺｎＴｅ：Ｇａ／Ｓｉｐ－ｎ异质结器件的ＳＥＭ图如图４ａ所示。ｐ－ｎ结分别在黑暗和绿光照射（波长为５３０ｎｍ，光强度为５．１ｍＷ／ｃｍ２）下的Ｉ－Ｖ特性曲线如图４ｂ所示，插图是暗电流所对应的半对数
光电子器件领域拥有很好的应用前景。为了更好地理解基于ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线与ｎ型Ｓｉ异质结光电探测器的工作机制，作异质结在反向偏压下的能带图，如图５所示。当ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线与ｎ型Ｓｉ这２种导电类型相反的半导体材料接触形成ｐｎ结时，由于两者能级水平的差异，ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线与ｎ型Ｓｉ的表面形成势垒。部分ｎ型Ｓｉ的电子将会向ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线方向移动，而ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线的空穴将会向ｎ型Ｓｉ的方向移动，形成空间电荷区，产生了从ｎ－Ｓｉ指向ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线的内建电场（Ｖｂｉ）；加上反向偏压时，空间电荷区更宽，内建电场变大（Ｖｂｉ＋ＶＲ）。在光（５３０ｎｍ）照射下，产生大量的电子空穴对，在强内建电场的作用下，ｐ区的少数载流子电子被吸引到ｎ区，同样的，ｎ区的少数载流子空穴被吸引到ｐ区，这些少数载流子迅速地移动，被两端的电极收集，从而在电路中产生光电流；当光断开后，由于光照产生的少数载流子迅速减少，因此光电流也迅速减少。这种机制使得异质结在光电探测方面具有不可估量的潜力。图５ＺｎＴｅ：Ｇａ／Ｓｉｐ－ｎ异质结在反向偏压下的能带图３结论通过ＣＶＤ方法使用Ｇａ／Ｇａ２Ｏ３粉末作为掺杂源在蒸金Ｓｉ片上合成了直径约为１５０ｎｍ、长度可达１００μｍ的ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线，所合成的纳米线是单晶的面心立方结构，生长方向沿着（１１１）方向。电学测试表明ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线为ｐ型电导，电导率为
本文编号：3218389
【文章来源】：合肥工业大学学报(自然科学版). 2017,40(10)北大核心
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【部分图文】：
图２单根ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线的底栅场效应管器件示意图和各特性曲线
单根ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线底栅场效应管的转移特性曲线如图２ｄ所示，该特性曲线是以栅电压为横坐标，以源漏电流为纵坐标。由图２ｄ中可以看出，在－５Ｖ的恒定源漏电压下，随着栅极电压的增加，源漏电流逐渐减小，体现出了栅极电压对源漏电流的控制能力；结果与图２ｃ所示的器件输出特性曲线一致，也说明了合成的ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线是ｐ型的。载流子的迁移率和空穴浓度的计算公式［１５］为：μｈ＝ｇｍｌｎ（４ｈ／ｄ）Ｌ２πε０εＳｉＯ２Ｖｄｓ（４）ｎｈ＝σｑμｈ（５）其中，ｇｍ为该场效应器件的跨导（取线性区域），ｇｍ＝ｄＩｄｓ／ｄＶｇｓ；εＳｉＯ２、Ｌ、ｈ、ｄ、分别为ＳｉＯ２的介电常数（３．９）、源漏电极之间的沟道宽度（１５μｍ）、底栅器件中绝缘层的厚度（３００ｎｍ）、纳米线的直径（１５０ｎｍ）。由（４）式、（５）式可以推导出ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线的空穴迁移率为１．３３ｃｍ２／（Ｖ·ｓ），空穴浓度为１．１９×１０１９ｃｍ－３。２．３ＺｎＴｅ：Ｇａ／Ｓｉｐ－ｎ异质结的制备与研究ｐ－ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线与ｎ－Ｓｉ的ｐ－ｎ异质结器件制备流程示意图如图３所示。图３ＺｎＴｅ：Ｇａ／Ｓｉｐ－ｎ异质结器件制备流程示意图ＺｎＴｅ：Ｇａ／Ｓｉｐ－ｎ异质结器件的ＳＥＭ图如图４ａ所示。ｐ－ｎ结分别在黑暗和绿光照射（波长为５３０ｎｍ，光强度为５．１ｍＷ／ｃｍ２）下的Ｉ－Ｖ特性曲线如图４ｂ所示，插图是暗电流所对应的半对数
光电子器件领域拥有很好的应用前景。为了更好地理解基于ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线与ｎ型Ｓｉ异质结光电探测器的工作机制，作异质结在反向偏压下的能带图，如图５所示。当ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线与ｎ型Ｓｉ这２种导电类型相反的半导体材料接触形成ｐｎ结时，由于两者能级水平的差异，ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线与ｎ型Ｓｉ的表面形成势垒。部分ｎ型Ｓｉ的电子将会向ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线方向移动，而ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线的空穴将会向ｎ型Ｓｉ的方向移动，形成空间电荷区，产生了从ｎ－Ｓｉ指向ｐ型ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线的内建电场（Ｖｂｉ）；加上反向偏压时，空间电荷区更宽，内建电场变大（Ｖｂｉ＋ＶＲ）。在光（５３０ｎｍ）照射下，产生大量的电子空穴对，在强内建电场的作用下，ｐ区的少数载流子电子被吸引到ｎ区，同样的，ｎ区的少数载流子空穴被吸引到ｐ区，这些少数载流子迅速地移动，被两端的电极收集，从而在电路中产生光电流；当光断开后，由于光照产生的少数载流子迅速减少，因此光电流也迅速减少。这种机制使得异质结在光电探测方面具有不可估量的潜力。图５ＺｎＴｅ：Ｇａ／Ｓｉｐ－ｎ异质结在反向偏压下的能带图３结论通过ＣＶＤ方法使用Ｇａ／Ｇａ２Ｏ３粉末作为掺杂源在蒸金Ｓｉ片上合成了直径约为１５０ｎｍ、长度可达１００μｍ的ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线，所合成的纳米线是单晶的面心立方结构，生长方向沿着（１１１）方向。电学测试表明ＺｎＴｅ：Ｇａ纳米线为ｐ型电导，电导率为
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