ZnO基柔性紫外探测器的制备和性能研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:knight282
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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Mg0.2Zn0.8O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、Mg0.2Zn0.8O薄膜以及ZnO/Mg0.2Zn0.8O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Mg0.2Zn0.8O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Mg0.2Zn0.8O/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/Mg0.2Zn0.8O异质结柔性紫外探测器的角度出发,将ZnO和Mg0.2Zn0.8O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Mg0.2Zn0.8O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,Mg0.2Zn0.8O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Mg0.2Zn0.8O和ZnO响应峰值分别提高了278%和218%。
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