氮化物紫外光电探测器制备及性能优化研究

作     者：于京照 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王丽莹

授予年度：2024年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：AlGaN光电探测器 MXene 胶体量子点 化学刻蚀 等离激元 

摘      要：日盲紫外光是指波长为200～280 nm的紫外光,目前日盲紫外探测技术已经在军事、安防和环境监测等领域有重要的应用价值。然而,基于传统半导体材料的光电探测器往往对这一波段光谱响应较弱,无法满足对其进行准确探测的需求。AlGaN作为一种典型的第三代半导体材料,通过改变Al/Ga比例,带隙在3.4～6.26 e V之间连续可调,可以实现对紫外光的高效探测。同时AlGaN具有极高的电子迁移率、较低的噪声水平、热稳定性和抗辐射性,适用于在极端条件下的紫外光电探测。但目前AlGaN基光电探测器仍存在光响应较低、制备工艺复杂、缺陷密度较大等缺点。本文通过三个方面对AlGaN基紫外探测器进行了表面改性和研究,取得的研究进展如下: （1）制备了二维材料TiCT/AlGaN异质结光电探测器。通过刻蚀TiAl C制备了二维片层状TiCT,并滴涂在n型掺杂的AlGaN表面形成范德华力异质结,能够增强器件对紫外光的光响应,并抑制暗电流的产生。TiCT在空气中会发生缓慢氧化形成Ti O,研究了TiCT的氧化对器件性能的影响,发现TiCT在发生氧化氧化几小时后会形成TiCT/Ti O杂化结构,能够提高器件的光响应,器件的光响应可达3000 m A/W,响应时间为72 ms/30 ms,并具有优良的开关比（～10～2）。通过杂化结构MXene材料对AlGaN进行表面改性,能够显著增强器件对紫外光的响应。 （2）制备了AlGaN胶体量子点MSM探测器。采取热注入法,通过阳离子交换原理制备了AlGaN胶体量子点。AlGaN胶体量子点的Al/Ga比例可以通过改变反应物的配比进行调节。对AlGaN胶体量子点进行了表征,将AlGaN胶体量子点沉积在PET衬底的叉指电极阵列上,制备了柔性胶体量子点光电探测器。器件具有300 nm的截止波长,同时对270 nm波长的紫外光具有500 m A/W的响应度和高达10Jones的高探测率。AlGaN胶体量子点光电探测器在光传感、柔性器件制备等方面有较大应用前景。 （3）通过金纳米颗粒（AuNPs）改善AlGaN表面V形缺陷以增强探测器的光响应度和响应速度。通过熔融Na OH化学刻蚀AlGaN,将内部的螺位错刻蚀形成V形孔,之后通过柠檬酸钠还原氯金酸得到AuNPs,制备了AuNPs/多孔AlGaN光电探测器。由于AuNPs与AlGaN表面等离激元效应,器件的光响应提升了一个数量级,对270 nm紫外光达到700m A/W,同时响应速度达到68 ms/173 ms。AuNPs/多孔AlGaN光电探测器在减小半导体位错影响、提高器件光电性能方面有较大潜力。