横向结构ZnO纳米线阵列紫外探测器件的研究

发布时间：2017-08-16 16:33

  本文关键词：横向结构ZnO纳米线阵列紫外探测器件的研究

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【摘要】：随着生态环境的逐渐恶化和科学技术的发展,人们对健康的关注度逐渐提高,特别是对皮肤保护和环境健康监测的日益重视,使得新兴的物联网技术中多节点探测对紫外探测器的需求不断增大,且越来越向着高灵敏度和小型化的方向发展。氧化锌(ZnO)的纳米结构具有单晶程度高、比表面积大等优异特性,成为纳米器件的首选材料。本文通过对基础工艺严谨而细致的摸索,对实验现象背后物理机制的深入探究,将纳米技术结合到传统微电子工艺中,采用水热法片上制备了横向结构的ZnO纳米线阵列紫外探测器件,在保证纳米线结构和特性完整以及器件整体均匀性的基础上,有效地提高了器件的增益,缩短了响应时间和恢复时间。本文主要内容与结果如下:1、通过在不同衬底上和不同退火条件下实现垂直结构ZnO纳米线阵列,探讨衬底形状对ZnO纳米线生长的影响;采用四种不同的工艺方法实现横向生长的ZnO纳米线阵列,并分析各方法对横向结构器件制备的利弊,从而确定横向生长ZnO纳米线阵列的工艺流程。2、通过分析基于剥离种子层方法制备横向生长的ZnO纳米线过程中,生长初期各个阶段的生长形态,提出了ZnO纳米线在台阶拐角处成核生长的横向生长机制,使得桥接结构纳米器件得以实现。3、对器件进行了后续去除多余纳米线处理,以及电极的二次加固,显著提高器件的紫外响应特性,也同时验证了在传统微电子加工工艺中,引入纳米技术的纳米线生长方式制备纳米器件的可行性。4、分别尝试了Cr和Au两种金属电极的器件结构:由于Cr电极对其上纵向生长的纳米线有抑制作用,导致横向生长纳米线长度可以到达对侧电极,光电响应方式为受表面氧离子吸附控制的光电导效应,光电流大但增益低,响应和恢复速度慢。经二次电极加固,纳米线根部与电极金属直接形成肖特基接触,光电响应方式变为光伏效应,增益和速度得到了极大改善。由于Au电极对其上纵向生长的纳米线有催化作用,导致溶质资源的竞争,相同时间,横向生长的纳米线不能到达对侧,而是交叉桥接,但却形成了紫外光诱导的桥接纳米线间势垒结高度调控机制,得到的器件特性最优:室温1V偏压下暗电流为10-9A,在20mW/cm2光照强度的365nm波长紫外光照下,光暗电流比可达8×105,响应时间和恢复时间分别为1.1s和1.3s。
【关键词】：ZnO纳米线 紫外探测器 横向生长 桥接结构
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN23
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 ZnO薄膜紫外探测器11-12
• 1.2.2 单根ZnO纳米线紫外探测器12-13
• 1.2.3 垂直结构ZnO纳米线阵列紫外探测器13-15
• 1.2.4 横向结构纳米线紫外探测器的研究进展15-18
• 1.3 本论文的研究目标及主要内容18-20
• 第二章 ZnO纳米线阵列的水热法生长与器件制备工艺流程20-40
• 2.1 垂直结构ZnO纳米线阵列的水热法生长20-28
• 2.1.1 水热合成法20-21
• 2.1.2 衬底晶格对ZnO纳米线阵列生长的影响21-26
• 2.1.3 种子层退火条件对氧化锌纳米线生长的影响26-28
• 2.2 横向生长ZnO纳米线阵列的实现28-34
• 2.2.1 基于ZnO种子层解理面的ZnO纳米线的横向生长28-29
• 2.2.2 基于腐蚀种子层的ZnO纳米线的横向生长29-31
• 2.2.3 基于剥离种子层的ZnO纳米线的横向生长31-32
• 2.2.4 基于等离子体刻蚀种子层断面的ZnO纳米线的横向生长32-33
• 2.2.5 横向生长方法的选择33-34
• 2.3 传统微电子工艺与纳米技术相结合的紫外探测器件制备34-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第三章 纳米线生长方式所决定的器件的光电响应特性40-54
• 3.1 溶质资源竞争引起的不同金属电极器件特性的差异40-46
• 3.1.1 溶质资源竞争现象40-43
• 3.1.2 溶质资源竞争导致的器件结构的差异43
• 3.1.3 不同金属电极器件的紫外响应特性43-46
• 3.1.3.1 Cr电极器件的紫外响应特性45
• 3.1.3.2 Ti/Au电极器件的紫外响应特性45-46
• 3.2 纳米线阵列的横向生长与桥接器件结构46-51
• 3.2.1 纳米线的横向生长与光刻制备工艺46-47
• 3.2.2 纳米线台阶处成核与生长演化的观测47-49
• 3.2.3 ZnO纳米线的横向生长机制49-50
• 3.2.4 均匀的桥接结构的纳米线阵列探测器50-51
• 3.3 本章小结51-54
• 第四章 后工艺处理与器件特性的进一步提高54-60
• 4.1 去纳米线处理与二次电极加固54-55
• 4.2 Cr电极器件的特性改善55-57
• 4.3 Ti/Au电极器件特性改善57-58
• 4.4 器件的统计均匀性58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文66-68
• 致谢68

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本文编号：684349