基于等离激元热电子效应的薄膜晶体管制备及光电特性研究
发布时间：2022-07-12 16:16
随着光电子技术的发展,作为其重要环节的半导体光电探测在国防军事和国民经济生活中都有广泛的应用。但是半导体光电探测器件基于半导体能带理论,只有入射光子能量大于半导体材料的禁带宽度,才能实现光电探测。宽禁带半导体由于其禁带宽度的限制,只能在紫外波段响应,使其发展与应用受到明显制约,然而改变材料禁带宽度的通常方法是对材料进行掺杂,这样材料的本身性质就会发生改变,所以需要利用新概念新方法解决目前的瓶颈。表面等离激元光子学的出现及由其发展的热电子效应为解决该限制提供了一种可行的方法。表面等离激元可以实现在纳米尺度实现对光的操控,其共振波长可以通过微纳结构参数进行有效调控。因此,由等离激元共振非辐射衰减产生的热电子进行光电探测可实现探测不受半导体材料的禁带宽度限制。利用热电子实现光探测早已出现,但是金属的光吸收太低导致热电子探测器的效率很低,利用等离激元诱导激发热电子可以有效的提高探测器的效率。但是对于这种新型的热电子光电探测,目前对于器件设计、效率提高、热电子产生输运机制等方面仍需要大量的工作进行深入研究。本论文通过利用薄膜及微纳加工工艺制备基于宽禁带半导体（氧化锌ZnO、铟镓锌氧化物IGZO）...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 半导体光电探测研究基础
1.2.1 半导体光电探测原理
1.2.2 半导体光电探测器的分类和应用
1.2.3 半导体光电探测器的性能参数
1.2.4 本节小结
1.3 薄膜晶体管研究基础
1.3.1 薄膜晶体管的工作机制
1.3.2 薄膜晶体管的性能参数
1.3.3 本节小结
1.4 表面等离激元光子学
1.4.1 表面等离激元概念及原理
1.4.2 表面等离激元的数值计算方法
1.4.3 表面等离激元特征与应用
1.4.4 本节小结
1.5 表面等离激元热电子探测机制
1.5.1 表面等离激元热电子概念及原理
1.5.2 等离激元诱导热电子在光电探测领域相关研究应用
1.6 本文的研究目的和主要研究内容
第二章 器件制备方法及表征手段
2.1 薄膜制备工艺
2.1.1 磁控溅射
2.1.2 真空热蒸发
2.1.3 紫外光刻
2.2 薄膜及器件表征及测试手段
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.2 原子力显微镜(AFM)
2.2.3 光谱椭偏仪
2.2.4 紫外可见分光光度计
2.2.5 器件性能测试
第三章 AuNPs/ZnO复合薄膜及MSM型光电探测器制备与特性研究
3.1 ZnO薄膜的制备及表征
3.1.1 实验样品制备
3.1.2 器件形貌及光学性能测试
3.1.3 器件电学性能测试
3.1.4 薄膜制备方法改进
3.1.5 高温退火对薄膜性能的影响
3.2 AuNPs/ZnO复合薄膜的制备及表征
3.2.1 金纳米颗粒(AuNPs)的制备及表征
3.2.2 AuNPs/ZnO复合薄膜的制备及表征
3.2.3 基于叉指电极测试的AuNPs/ZnO复合薄膜光电探测器件的制备及表征
3.3 ZnO薄膜晶体管的制备及表征
3.4 本章小结
第四章 金纳米颗粒修饰的IGZOTFT制备及其特性
4.1 IGZO薄膜有源层制备条件对器件性能的影响
4.1.1 溅射气体氛围和退火温度对薄膜性能的影响
4.1.2 溅射时间(薄膜厚度)对薄膜性能的影响
4.2 基于薄膜晶体管的IGZO热电子探测器的制备和表征
4.2.1 IGZOTFT的制备和表征
4.2.2 修饰有金纳米颗粒的IGZO薄膜晶体管的制备和表征
4.2.3 工艺改进后IGZO/AuNPs薄膜晶体管的制备和表征
4.2.4 不同沟道长宽比对薄膜晶体管性能的影响
4.3 基于金属背栅的IGZO热电子探测器的相关模拟研究
4.3.1 模型建立
4.3.2 模拟结果分析
4.3.3 金属栅极相关光学模拟
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 研究展望
参考文献
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属微纳结构中的热电子[J]. 潘美妍,李强,仇旻. 物理. 2016(12)
[2]原子力显微镜的基本原理及其方法学研究[J]. 朱杰,孙润广. 生命科学仪器. 2005(01)
博士论文
[1]ZnO薄膜制备及性质研究[D]. 马勇.重庆大学 2004
硕士论文
[1]薄膜厚度的椭圆偏振光法测量[D]. 王益朋.天津大学 2010
本文编号：3659443
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 半导体光电探测研究基础
1.2.1 半导体光电探测原理
1.2.2 半导体光电探测器的分类和应用
1.2.3 半导体光电探测器的性能参数
1.2.4 本节小结
1.3 薄膜晶体管研究基础
1.3.1 薄膜晶体管的工作机制
1.3.2 薄膜晶体管的性能参数
1.3.3 本节小结
1.4 表面等离激元光子学
1.4.1 表面等离激元概念及原理
1.4.2 表面等离激元的数值计算方法
1.4.3 表面等离激元特征与应用
1.4.4 本节小结
1.5 表面等离激元热电子探测机制
1.5.1 表面等离激元热电子概念及原理
1.5.2 等离激元诱导热电子在光电探测领域相关研究应用
1.6 本文的研究目的和主要研究内容
第二章 器件制备方法及表征手段
2.1 薄膜制备工艺
2.1.1 磁控溅射
2.1.2 真空热蒸发
2.1.3 紫外光刻
2.2 薄膜及器件表征及测试手段
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.2 原子力显微镜(AFM)
2.2.3 光谱椭偏仪
2.2.4 紫外可见分光光度计
2.2.5 器件性能测试
第三章 AuNPs/ZnO复合薄膜及MSM型光电探测器制备与特性研究
3.1 ZnO薄膜的制备及表征
3.1.1 实验样品制备
3.1.2 器件形貌及光学性能测试
3.1.3 器件电学性能测试
3.1.4 薄膜制备方法改进
3.1.5 高温退火对薄膜性能的影响
3.2 AuNPs/ZnO复合薄膜的制备及表征
3.2.1 金纳米颗粒(AuNPs)的制备及表征
3.2.2 AuNPs/ZnO复合薄膜的制备及表征
3.2.3 基于叉指电极测试的AuNPs/ZnO复合薄膜光电探测器件的制备及表征
3.3 ZnO薄膜晶体管的制备及表征
3.4 本章小结
第四章 金纳米颗粒修饰的IGZOTFT制备及其特性
4.1 IGZO薄膜有源层制备条件对器件性能的影响
4.1.1 溅射气体氛围和退火温度对薄膜性能的影响
4.1.2 溅射时间(薄膜厚度)对薄膜性能的影响
4.2 基于薄膜晶体管的IGZO热电子探测器的制备和表征
4.2.1 IGZOTFT的制备和表征
4.2.2 修饰有金纳米颗粒的IGZO薄膜晶体管的制备和表征
4.2.3 工艺改进后IGZO/AuNPs薄膜晶体管的制备和表征
4.2.4 不同沟道长宽比对薄膜晶体管性能的影响
4.3 基于金属背栅的IGZO热电子探测器的相关模拟研究
4.3.1 模型建立
4.3.2 模拟结果分析
4.3.3 金属栅极相关光学模拟
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 研究展望
参考文献
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属微纳结构中的热电子[J]. 潘美妍,李强,仇旻. 物理. 2016(12)
[2]原子力显微镜的基本原理及其方法学研究[J]. 朱杰,孙润广. 生命科学仪器. 2005(01)
博士论文
[1]ZnO薄膜制备及性质研究[D]. 马勇.重庆大学 2004
硕士论文
[1]薄膜厚度的椭圆偏振光法测量[D]. 王益朋.天津大学 2010
本文编号：3659443
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