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zno基柔性紫外探测器的制备和性能研究

ZnO基柔性紫外探测器的制备和性能研究

作者：张伟长春理工大学

学位级别：硕士

伴随着便携性,可折叠性,可移植性等概念的兴起,柔性紫外探测器逐渐成为近年来的研究热点。zno材料同时具有半导体,光激发和压电三大特性,它们之间的耦合作用即为压光电效应。在zno材料中掺入Mg元素可以形成同样具有压光电效应的Mgzno合... 详细信息

伴随着便携性,可折叠性,可移植性等概念的兴起,柔性紫外探测器逐渐成为近年来的研究热点。zno材料同时具有半导体,光激发和压电三大特性,它们之间的耦合作用即为压光电效应。在zno材料中掺入Mg元素可以形成同样具有压光电效应的Mgzno合金,其禁带宽度增大,探测区间向短波段延伸。本文利用可以承受拉、压、弯曲等大变形的柔性材料PET作为衬底,实现了zno薄膜、Mgzno薄膜以及zno/Mgzno双层膜结构柔性紫外探测器的构建,测试器件在不同外应力作用下的性能增益情况,系统地研究了压电极化电荷对肖特基结和异质结中载流子输运行为的调控机制。为新型柔性紫外探测器的设计与开发提供思路与指导,主要研究成果如下:(1)从构筑zno薄膜肖特基结柔性紫外探测器的角度出发,通过调节射频磁控溅射中氧氩流量比来改善zno薄膜在柔性衬底上的生长质量。氧氩流量比为10:40 sccm时,zno薄膜的结晶性高,氧气既可以填补空位缺陷又不阻碍粒子的沉积运动。在此基础上研究了外应力变化对器件的zno/Au肖特基结界面载流子产生,分离,传输和复合行为的调控规律,发现压电极化电荷会直接改变接触结中的势垒高度和耗尽层宽度。在50 V偏压下,0.134的拉伸应变使器件的响应度提高了257%,光电流和灵敏度也均有增强。(2)从构筑Mgzno薄膜肖特基结柔性紫外探测器的角度出发,改变其叉指电极对数,提出了基于并联效应调控器件性能的理论模型。在外加偏压不变的情况下,增加器件的叉指电极对数可以有效提高其响应度。此外,在zno/Au肖特基结中压光电效应的理论基础上,分析了器件的Mgzno/Au肖特基结中压电极化电荷的产生对载流子收集过程的影响。在30 V偏压下,0.153的拉伸应变导致界面处积累负极化电荷,可以调控器件的响应度增大了308%。(3)从构筑zno/Mgzno异质结柔性紫外探测器的角度出发,将zno和Mgzno以双层膜的组合形式实现了双波段探测,发现增加zno薄膜厚度可以调控Mgzno薄膜层响应峰值大幅提高。同时对其施加不同外应力,研究基于压光电效应的紫外双波段可控载流子传输机制。在不断加大的拉伸应力下,Mgzno薄膜层的响应峰值比zno薄膜层的响应峰值增长更快。在30 V偏压下,0.141的拉伸应变使器件的Mgzno和zno响应峰值分别提高了278%和218%。

关键词： zno基薄膜柔性紫外探测器肖特基结压光电效应

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zno基双色探测器的制备及研究

ZnO基双色探测器的制备及研究

作者：杨笑江长春理工大学

学位级别：硕士

zno基薄膜是一种带隙可调的直接宽带隙半导体材料(室温下禁带宽度约3.37eV),通过对zno半导体薄膜掺杂Mg元素,能够合成Mgzno三元合金化合物,使其半导体薄膜禁带宽度在3.37 eV-7.80 eV范围内可调,拓宽探测器的探测波段范围,利用不同Mg组... 详细信息

zno基薄膜是一种带隙可调的直接宽带隙半导体材料(室温下禁带宽度约3.37eV),通过对zno半导体薄膜掺杂Mg元素,能够合成Mgzno三元合金化合物,使其半导体薄膜禁带宽度在3.37 eV-7.80 eV范围内可调,拓宽探测器的探测波段范围,利用不同Mg组分和不同结构的半导体薄膜,能够制备出性能优异的双色探测器。本论文主要阐述zno基半导体薄膜的生长以及双色探测器的制备,制备出高质量半导体薄膜及其双色探测器。主要研究成果如下:(1)从双层膜结构考虑,在不同溅射功率下对半导体薄膜的晶体质量进行了表征。在溅射功率为160 W时,通过SEM图谱发现薄膜的生长颗粒大小较为均一,且XRD的衍射峰值相对较高。在此基础下制备的双色探测器,Mgzno和zno响应度峰值分别达到了0.45 A/W,0.30 A/W,相较于140 W和180 W功率下探测器的响应度峰值,分别提高了450%,225%。通过对Mgzno/zno与zno/Mgzno两种不同的双层膜结构进行比较,发现由于金属电极所产生的电场强度对于半导体薄膜的影响随距离变化而改变,通过调整半导体薄膜位置有效地调控了双色探测器的性能。(2)设计三明治结构,构筑双色探测器。基于三明治结构本身双肖特基结的优势,分别在衬底托盘温度为室温、523 K、673 K和723 K的条件下生长半导体薄膜和金属电极,发现随温度升高薄膜质量在变好的同时,夹层金属电极发生一定程度的损坏。综合考虑温度对两者的影响,器件在673 K的温度下其光电性能达到最高,Mgzno和zno响应度峰值分别约为1.30 A/W和0.30 A/W。通过与双层膜结构探测器的对比,发现在双肖特基结的影响下,三明治结构探测器收集载流子更强,且两个响应度峰值均达到了1.50 A/W,有效提高了器件的光电性能。(3)从混相半导体薄膜入手,区别于传统复杂双色探测器,简化器件结构的同时,实现了双色探测。通过制备高Mg组分的混相Mgzno薄膜,使其在两个不同的波段对光产生响应。基于混相薄膜,通过改变电极的宽度,增大了肖特基结耗尽层的宽度,有效地提高了器件的光电性能。在同样的偏压下,电极宽度从3μm增加到8μm,使其响应度峰值由1.60 A/W提升到了3.10 A/W。

关键词： zno基薄膜双色光电探测器响应度双层膜结构三明治结构

基于压电效应的柔性zno基紫外光电探测器的性能研究

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基于压电效应的柔性ZnO基紫外光电探测器的性能研究

作者：单春才长春理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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Mgzno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Mgzno紫外探测器并系统分析了压电极化电荷对Mgzno/Au界面的载流子分离和提取过程的影响,促进更好的利用拉伸应变对压电器件界面性能的有效调控。并且对探测器在不同偏压不同叉指电极宽度的光电性能进行了研究。(3)利用射频磁控溅射方法制备出新颖的Au/Mgzno/zno柔性双波段双结紫外光电探测器,在拉伸应变为15%时,zno和Mgzno薄膜响应度峰值点分别提高191%和241%,实现了在无偏压增加同时可以对双波段性能都有改善的一次创新研究。并通过交换zno和Mgzno薄膜溅射顺序构建双波段探测器,对探测器的光电性能进行了对比。

关键词： zno基薄膜双波段探测器界面调控压光电效应

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zno基紫外探测器的制备及其结构的优化

ZnO基紫外探测器的制备及其结构的优化

作者：刘如胜长春理工大学

学位级别：硕士

zno薄膜是一种直接宽带隙的半导体材料(室温下禁带宽度约为3.37 eV),具有环保、分布广泛、抗辐射能力强等优点。通过在薄膜中掺入Mg元素,Mgzno薄膜的禁带宽度可在3.3 eV-7.8 eV范围内调节。zno基薄膜材料的相关研究及其器件性能的优化... 详细信息

zno薄膜是一种直接宽带隙的半导体材料(室温下禁带宽度约为3.37 eV),具有环保、分布广泛、抗辐射能力强等优点。通过在薄膜中掺入Mg元素,Mgzno薄膜的禁带宽度可在3.3 eV-7.8 eV范围内调节。zno基薄膜材料的相关研究及其器件性能的优化受到了人们的广泛关注。本论文主要阐述zno基薄膜生长,zno基紫外光电探测器的制备,并从提升器件性能的角度出发,生长高质量的zno基薄膜和优化紫外探测器结构。主要研究工作如下:(1)利用射频磁控溅射设备在石英衬底(Si O2)上制备了高质量的zno基薄膜,研究了薄膜的结晶性和光学性能,在此基础上制备了金属-半导体-金属(MSM)结构的zno基紫外探测器,对器件的性能进行了测量和研究。(2)利用管式炉对MSM结构的Mg0.2Zn0.8O紫外探测器进行退火,通过X射线衍射、紫外/可见吸收和透射光谱、响应度光谱和I-V曲线等测量手段对样品进行了性能表征。结果分析表明700°C可显著提高Mg0.2Zn0.8O紫外探测器的响应度。(3)利用射频磁控溅射制备双层薄膜结构的紫外探测器,这种薄膜结构完善了基础物理理论,并实现了响应度峰值的可控移动。(4)为了克服MSM结构的较低响应度和较高暗电流的缺陷,设计并制备了“三明治”结构的zno紫外探测器,实现了降低暗电流的同时,响应度增加了六十倍左右。

关键词：射频磁控溅射 zno基薄膜紫外光电探测器结构优化

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物理实验中如何指导学生进行科研设计

教育与现代化 2003年第3期 3-8页

作者：徐军许小亮徐传明何海燕杨晓杰刘洪图中国科学技术大学物理系安徽合肥230026

大学物理实验对于培养学生的科研素质起着非常重要的作用 ,它可以使学生能在接近于实际科研的实验中不断提高自身的科研能力。如在实验中 ,我们结合zno基薄膜的制备和特性这一具体的科研课题 ,充分发挥学生自身的创新能力。让学生以一... 详细信息

大学物理实验对于培养学生的科研素质起着非常重要的作用 ,它可以使学生能在接近于实际科研的实验中不断提高自身的科研能力。如在实验中 ,我们结合zno基薄膜的制备和特性这一具体的科研课题 ,充分发挥学生自身的创新能力。让学生以一个接近科技前沿的科研实验为题 ,由此了解和掌握科研的一般规律和方法 ,为其以后从事科学研究提供实践经验。

关键词：大学物理实验科研设计科研素质创新能力 zno基薄膜高等教育