利用自极化BaTiO3铁电薄膜提高ZnO紫外探测器的开关比

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紫外传感器在光学通讯、环境检测和空间研究具有潜在的应用价值,设计和制作高性能的紫外传感器迫在眉睫。铁电材料是一种新型的功能材料,铁电材料与紫外传感器结合能够调控紫外传感器的性能,铁电薄膜经外部电场极化,铁电电畴一致取向,表面极化电荷产生一个电场,该铁电电场降低半导体的载流子浓度,紫外探测器的暗电流显著降低,开关比提高。但是,极化过程使器件的制备过程变得复杂,基于此种缺陷,本论文从结构方面入手,采用自极化铁电薄膜作为铁电调控层,不需要外部电场极化就能降低紫外探测器的暗电流,提高开关比。自极化朝下的BaTiO3薄膜作为铁电调控层,与SiO2/Si基底上ZnO欧姆器件比较,自极化BaTiO3薄膜基底上ZnO欧姆器件的电流降低约2个数量级,开关比提高约2个数量级。这种器件结构设计不但提高ZnO的紫外探测性能,而且不需要外部电场极化,实用性增强。这种器件结构具有良好的稳定性,放置100天后,ZnO欧姆器件还能维持高开关比(799),BaTiO3铁电薄膜的电畴未发生明显的变化,电畴排列具有明显的取向性。当肖特基势垒和BaTiO3铁电薄膜产生的电场同时存在时,ZnO单向肖特基器件的暗电流降低至8fA,开关比能达到9.5×106,在自极化BaTiO3薄膜上,ZnO单向肖特基器件的开关比比欧姆器件的开关比高4个数量级左右。这一结论为制作高开关比的紫外探测器提供一种崭新的思路,即设计和制作同时利用铁电电场和肖特基势垒的紫外传感器。
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