基于压电效应的柔性ZnO基紫外光电探测器的性能研究
发布时间：2021-10-24 19:39
柔性紫外光电探测器由于其具有可弯曲、轻便、易携带等特性成为当今研究的热点。氧化锌（ZnO）基薄膜材料具备半导体性能、光激发、压电三大特性,它们之间的耦合作用就是压光电效应。本文围绕在PET衬底上构建柔性的ZnO紫外光电探测器展开,对薄膜制备,器件构建、性能调控做了细致的研究,并且成功分析了具有更大禁带宽度的Mg0.2Zn0.8O柔性探测器的性能调控规律。系统地分析了双层膜异质结与金半接触肖特基结共同作用下的压电极化电荷对器件载流子运输行为的调控机理。通过以上研究,更加深入的理解压光电效应在紫外光电探测器的作用机理,促进ZnO基器件性能的提升。主要研究成果如下:（1）首次对构建在柔性PET衬底上的ZnO薄膜探测器进行了重复性的研究,拉伸还原往复100次之后的响应度与初始状态响应度只偏差千分之一。并且通过拉伸应变引诱的负压电极化电荷提高探测器金半接触界面耗尽层宽度,在10 V偏压下,10.99%的拉伸应变使器件的响应度提高了320%。并通过三组偏压研究了不同溅射功率下探测器的性能。（2）针对半导体薄膜c轴取向的不确定性,制备了两组柔性Mg
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
具有纤锌矿结构的ZnO晶体的原子结构模型
第1章绪论4的性能[15]。接下来分析光电探测器在压光电效应得具体应用实例，当具有较大值的功函数的金属与电子亲合能较小的半导体接触时，肖特基势垒在两物质界面处形成，当此器件被外加应力施加之后，负压电极化电荷产生于界面半导体一侧将会使得肖特基势垒高度，耗尽层宽度也会增加，随之为界面处光生载流子的分离起到促进作用。相反界面处正的压电极化电荷会降低肖特基势垒高度，耗尽层变窄，光照条件下光生载流子得分离受到抑制，进而使得器件在光照条件下光电流减小，基于以上特性，越来越多的研究者将压光电效应应用到柔性探测器件中[16-19]。1.3柔性ZnO基紫外光电探测器的研究现状2012年中国台湾的Ruey-ChiWang小组构建了可以利用应变提高光响应的大面积的Al掺杂的ZnO纳米线光电探测器[17]，如图1.2所示。该探测器是通过直接生长沿着电极水平的单晶Al掺杂ZnO纳米线在柔性的二氧化硅/刚化衬底，目的是加强载流子在纳米线和电极之间的运输。器件显示了优良的性能，如高的紫外可见抑制比和在较低的偏压下也能拥有高的响应度。最重要的是在1V偏压下，拉伸应变从0到5.6%时，响应度持续增加从1.7A/W增加到了3.8A/W。图1.2(a)Al掺杂的ZnO纳米线光电探测器扫描电镜图谱；（b）纳米线连接Au电极作为桥梁的扫描电镜图谱；(c)器件在不同应变条件下的I-V曲线图谱；（d）探测器的响应度与外加应变变化图。
第1章绪论52013年王中林院士团队通过两步水热法成功制备了在碳纤维上制备了枝状ZnO-CdS纳米线序列，进而在柔性衬底上构建了柔性探测器[19]。如图1.3所示，该器件在-0.36%压缩应变下，响应度增加了超过百分之六十，这是由于压电诱导极化电荷，调节ZnO-CdS界面的肖特基势垒高度，使得光电器件性能达到最优化。1.3(a)构建的单个CF/ZnO-CdS线基光电探测器原理图；(b)在2V偏压下在不同应变下的响应度的图谱，其中R0表示在无应变下的响应度。2014年ZhaonaWang小组利用在n型ZnO层的压电诱导极化电荷来调节p型Si层的光电激发过程，因此使p-Si/n-ZnO纳米线异质结光电探测器性能得到最优化[18]。通过调控载流子在p-Si/ZnO界面的运输过程，当施加0.10‰的压缩应变后，响应度增加了177%，如图1.4所示。图1.4(a)p-Si/n-ZnO纳米线异质结光电探测器的原理图；(b)光照条件下，2V偏压下的器件响应度数值随应变变化图谱2015年北京纳米能源与纳米系统研究所XunHan团队报道了基于压光电效应纳米线序列增强增强紫外光电探测器灵敏性的研究[16]，图1.4所示。通过引入压电光电效应，应变诱发的压电极化电荷有效地提高了紫外光电探测器的性能，其中光响应度提高了700%，灵敏度提高了600%，探测极限提高了280%。
本文编号：3455864
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
具有纤锌矿结构的ZnO晶体的原子结构模型
第1章绪论4的性能[15]。接下来分析光电探测器在压光电效应得具体应用实例，当具有较大值的功函数的金属与电子亲合能较小的半导体接触时，肖特基势垒在两物质界面处形成，当此器件被外加应力施加之后，负压电极化电荷产生于界面半导体一侧将会使得肖特基势垒高度，耗尽层宽度也会增加，随之为界面处光生载流子的分离起到促进作用。相反界面处正的压电极化电荷会降低肖特基势垒高度，耗尽层变窄，光照条件下光生载流子得分离受到抑制，进而使得器件在光照条件下光电流减小，基于以上特性，越来越多的研究者将压光电效应应用到柔性探测器件中[16-19]。1.3柔性ZnO基紫外光电探测器的研究现状2012年中国台湾的Ruey-ChiWang小组构建了可以利用应变提高光响应的大面积的Al掺杂的ZnO纳米线光电探测器[17]，如图1.2所示。该探测器是通过直接生长沿着电极水平的单晶Al掺杂ZnO纳米线在柔性的二氧化硅/刚化衬底，目的是加强载流子在纳米线和电极之间的运输。器件显示了优良的性能，如高的紫外可见抑制比和在较低的偏压下也能拥有高的响应度。最重要的是在1V偏压下，拉伸应变从0到5.6%时，响应度持续增加从1.7A/W增加到了3.8A/W。图1.2(a)Al掺杂的ZnO纳米线光电探测器扫描电镜图谱；（b）纳米线连接Au电极作为桥梁的扫描电镜图谱；(c)器件在不同应变条件下的I-V曲线图谱；（d）探测器的响应度与外加应变变化图。
第1章绪论52013年王中林院士团队通过两步水热法成功制备了在碳纤维上制备了枝状ZnO-CdS纳米线序列，进而在柔性衬底上构建了柔性探测器[19]。如图1.3所示，该器件在-0.36%压缩应变下，响应度增加了超过百分之六十，这是由于压电诱导极化电荷，调节ZnO-CdS界面的肖特基势垒高度，使得光电器件性能达到最优化。1.3(a)构建的单个CF/ZnO-CdS线基光电探测器原理图；(b)在2V偏压下在不同应变下的响应度的图谱，其中R0表示在无应变下的响应度。2014年ZhaonaWang小组利用在n型ZnO层的压电诱导极化电荷来调节p型Si层的光电激发过程，因此使p-Si/n-ZnO纳米线异质结光电探测器性能得到最优化[18]。通过调控载流子在p-Si/ZnO界面的运输过程，当施加0.10‰的压缩应变后，响应度增加了177%，如图1.4所示。图1.4(a)p-Si/n-ZnO纳米线异质结光电探测器的原理图；(b)光照条件下，2V偏压下的器件响应度数值随应变变化图谱2015年北京纳米能源与纳米系统研究所XunHan团队报道了基于压光电效应纳米线序列增强增强紫外光电探测器灵敏性的研究[16]，图1.4所示。通过引入压电光电效应，应变诱发的压电极化电荷有效地提高了紫外光电探测器的性能，其中光响应度提高了700%，灵敏度提高了600%，探测极限提高了280%。
本文编号：3455864
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