异质结法提高ZnO微米线紫外探测器的性能

发布时间：2017-05-13 11:12

  本文关键词：异质结法提高ZnO微米线紫外探测器的性能，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氧化锌(Zn O)是一种具有六方晶体结构的直接带隙宽禁带半导体材料,在室温下的禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV。由于价格低廉,制备简单,热稳定性高并且具有生物相容性,因此,它具有广泛的应用。近年来,基于ZnO材料的紫外探测器取得了很大的进展。然而,由于ZnO材料具有氧空位和锌间隙等固有缺陷,导致大多数的紫外探测器响应、回复速度慢,开关电流比低,光电流稳定性差。因此,制备一种基于氧化锌材料的高性能紫外探测器具有重要的意义。针对如何提升ZnO基紫外光探测器的性能,研究者们从不同方面对探测器进行了改进,比如从接触类型上展开研究,利用肖特基接触来代替欧姆接触,紫外器件的灵敏度,响应、回复时间等性能得到明显的改善;比如选用两种合适的半导体来构造异质结以提升紫外器件的性能。研究结果表明,通过在ZnO材料表面包裹一层半导体材料,ZnO的表面态会被钝化,其禁带宽度也会被调整,复合材料的紫外性能将会得到显著改善。本论文利用异质结以及表面钝化作用,通过在ZnO微米线表面修饰一层ZnS壳层,最终实现对ZnO微米线紫外探测性能的提升。硫化锌(ZnS)是一种属于Ⅱ-Ⅵ族半导体的直接带隙半导体材料,其能带结构与晶格常数和Zn O具有较好的匹配度,因此ZnS是在ZnO表面构建异质结的合理选择。在具体的实验中分别设计并制作了ZnO/ZnS异质结型紫外探测器和ZnO/ZnS场效应晶体管(FET)型紫外探测器。测试结果表明,在365 nm波长紫外光照射下,异质结型紫外探测器的暗电流比单纯ZnO微米线的暗电流降低了4个数量级,其开关电流比提升至单纯ZnO微米线器件的15132倍,并且其响应、回复时间分别达到1.7 s和1.1 s。构造FET型紫外探测器之后,器件暗电流降低为单纯ZnO微米线的1/1209。开关电流比增大为单纯ZnO微米线的253倍,并且其响应、回复时间分别缩短至6.6 s和2.2 s。
【关键词】：紫外探测器 氧化锌 硫化锌 核壳结构 异质结
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN23
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 紫外线概述9-10
• 1.3 宽禁带半导体紫外光电探测器概述10-16
• 1.3.1 宽禁带半导体材料10-11
• 1.3.2 宽禁带半导体紫外光电探测器的分类11-14
• 1.3.3 宽禁带半导体紫外光电探测器的性能参数14-16
• 1.4 ZnO基紫外探测器16-25
• 1.4.1 ZnO材料的基本性质和优势16-17
• 1.4.2 ZnO基紫外探测器工作原理17-18
• 1.4.3 ZnO基紫外探测器的研究现状18-25
• 1.5 本论文的主要工作及创新25-27
• 1.5.1 本论文的主要工作25
• 1.5.2 本论文的主要创新点25-26
• 1.5.3 本论文的研究意义26-27
• 第二章 ZnO、ZnO/ZnS核壳结构的制备及其特性表征27-41
• 2.1 ZnO微米线的制备与特性表征27-33
• 2.1.1 ZnO微米线的制备27-29
• 2.1.2 ZnO微米线的测试与分析29-33
• 2.2 ZnS壳层的制备与特性表征33-40
• 2.2.1 ZnO/ZnS核壳结构的制备33-34
• 2.2.2 ZnO/ZnS核壳结构的测试与分析34-40
• 2.3 本章小结40-41
• 第三章 ZnO/ZnS异质结型紫外探测器41-51
• 3.1 ZnO、ZnS半导体材料与金属欧姆接触的研究41-43
• 3.2 ZnO、ZnS异质结型紫外探测器的制备43-44
• 3.3 ZnO/ZnS异质结型紫外探测器工作原理及性能测试44-49
• 3.3.1 ZnO/ZnS异质结型紫外探测器工作原理44-46
• 3.3.2 ZnO/ZnS异质结型紫外探测器性能测试46-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 ZnO/ZnS FET型紫外探测器51-56
• 4.1 ZnO/ZnS FET型紫外探测器的制备51-52
• 4.2 ZnO/ZnS FET型紫外探测器工作原理及性能测试52-55
• 4.2.1 ZnO/ZnS FET型紫外探测器工作原理52
• 4.2.2 ZnO/ZnS FET型紫外探测器性能测试52-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 总结56-58
• 参考文献58-64
• 在学期间的研究成果64-65
• 致谢65

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