【摘 要】
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日盲紫外探测器及其相关技术能够在强烈紫外背景的干扰下检测到微弱的信号,由于臭氧层对深紫外光的吸收作用,使得工作在大气环境下的日盲紫外光电探测器在准确度上具有很大的
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日盲紫外探测器及其相关技术能够在强烈紫外背景的干扰下检测到微弱的信号,由于臭氧层对深紫外光的吸收作用,使得工作在大气环境下的日盲紫外光电探测器在准确度上具有很大的优势,在紫外光通信、导弹感知追踪、火箭尾焰探测,量子通信、空间探索、高能物理、电晕探测、环境监察和生物医学研究等军事与民用领域有着极具潜力的使用价值。禁带宽度为4.8 eV,击穿场强约为8MV/cm,以及有着热稳定和化学稳定特性的β-Ga2O3是一种极具潜力的天然日盲紫外材料,近年来受到越来越多专家和学者的关注。石墨烯作为一种二维材料仅由单层碳原子以sp2杂化轨道成键的方式组成,晶格结构为正六边形蜂窝状,其内部近邻碳原子垂直于层平面的PZ轨道相互之间可形成贯穿于全层,离域性强且呈半充满状态的大π键,因而具有极高的载流子迁移率以及从深紫外到红外光谱波段范围的优良透光性,是一种与光电探测器兼容性极佳的透明导电电极。因此单层石墨烯与β-Ga2O3薄膜结合构建的日盲紫外探测器为未来发展高性能的深紫外光电集成器件提供了无限可能。本论文主要工作是在同一块外延β-Ga2O3薄膜上转移单层石墨烯电极和沉积Au/Ti电极,研究对比不同电极结构,如单层石墨烯与单层石墨烯电极,单层石墨烯与Au/Ti电极以及Au/Ti与Au/Ti电极对β-Ga2O3基光电探测器的光电性能的影响。主要的研究成果如下:1、利用尺寸为1 cm×2 cm的(0001)面Al2O3单晶衬底和射频磁控溅射技术,获得沿(201)晶面取向生长的高质量β-Ga2O3外延薄膜,生长环境气体为氩气、压强为1 Pa、沉积温度为750℃,溅射功率75 W,所制备的薄膜厚度约为500 nm,禁带宽度为4.8 eV。2、用湿转移法将单层石墨烯成功转移至β-Ga2O3薄膜上,由光学显微镜可观测到单层石墨烯表面平滑洁净,无褶皱且厚度均匀。用直流磁控溅射技术及掩膜板在两块单层石墨烯电极的另一侧沉积Au/Ti电极,保持每片电极的间距大致均匀。3、制备获得石墨烯-石墨烯,石墨烯-Au/Ti,Au/Ti-Au/Ti三种平面结构的扫盲紫外光电探测器,三种探测器在多次光照循环后依然表现出平稳的光电响应,表明三种探测器均具有较强的鲁棒性及再现性。双石墨烯电极的探测器有远超其他两种电极结构探测器的响应速度(～78 ms),光暗电流比(～141),254 nm/365 nm抑制比(～1020)和探测度(～6.29×1011 Jones)。最后,对三种器件的光电机理做了深入分析讨论,解释了工作状态下β-Ga2O3薄膜与电极间的界面势垒对器件性能产生的影响。
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