基于窄禁带半导体用于紫外光电探测器的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiangqi520
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工作在紫外波段的光电探测器由于被广泛的应用于导弹探测、火灾检测和生物化学分析等多个方面而备受关注。基于传统的硅基紫外光电二极管由于硅本身的宽波段响应需要配备滤光片使用,这无疑会增加探测器的复杂性,降低其性能。此时宽禁带半导体材料的出现由于其合适的禁带宽度成为了紫外光电检测的候选对象,但是它们的制备工艺复杂且不成熟,并且性能受到相对较低的晶体质量和表面态/缺陷的限制。为了探索一种高性能的紫外光电器件,本文主要研究了基于窄禁带半导体砷化镓(GaAs)纳米薄膜构成的紫外光电探测器和基于超细碲(Te)纳米线构成的深紫外光电探测器。主要研究成果如下:1)通过对MOCVD合成的GaAs纳米薄膜进行材料表征发现具有相对较好的晶体质量。将GaAs纳米薄膜转移到柔性衬底上,构建了基于GaAs纳米薄膜的紫外光电探测器。光电分析表明厚度约为49.7 nm的GaAs纳米薄膜器件对波长为365 nm的紫外光照射具有高光响应。在-2 V偏置下,响应度和探测率分别达到99 A W-1和1.35×1013 Jones,性能远优于一些宽禁带半导体材料制成的紫外光电探测器。通过TCAD和COMSOL软件进行仿真发现这种特殊的光电特性与GaAs波长相关的吸收系数有关。此外,由厚度变薄引起的机械灵活性使器件在多次弯曲循环后仍表现出优异的光电性能。并且该器件可实现简单的图像传感应用。这些结果表明,本研究中的基于GaAs纳米薄膜的高性能紫外光电探测器在未来的柔性光电领域具有潜在的应用前景。2)通过简单有效的溶液法合成了直径分布在10 nm左右、长度为数十微米的超细Te纳米线。然后通过Langmuir-Blodgett(LB)技术将排列有序的Te纳米线转移到所需要的衬底上,通过吸收光谱表征发现Te纳米线在深紫外区域具有很好的吸收。在此基础之上构建了基于Te纳米线的光电探测器,通过光电分析表明,该器件对于265 nm的深紫外光高度敏感,而对可见光和近红外光的响应很微弱。在-1 V偏置下,器件对于265 nm深紫外光的响应度高达2.01×10~3A/W。并且器件具有良好的稳定性,在没有任何保护或封装的空气条件下保存6个月后仍表现出出色的光电性能。本研究结果表明,一维Te纳米线结构可以为未来的高性能深紫外光电探测器提供一种可行的方案。
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