氧化铟和氧化镓紫外探测器及柔性应用

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紫外探测器具有低背景噪声、低虚报率和高灵敏度等优点,在工业生产、健康防护、导弹预警等民用和军事领域中有着广泛的应用。金属氧化物In203(3.7 eV)和Ga2O3(4.8 eV)有着无需调制的宽带隙和稳定的物理化学性质等优点,是制造紫外探测器的合适材料。特别是Ga2O3的超宽带隙深入UV-C波段可以屏蔽大气背景辐射,是日盲紫外探测器的理想材料。然而,目前金属氧化物基紫外探测器还存在响应速度过慢,探测选择性不足等问题限制了其商业化的应用。此外,经过多年的发展,新型的紫外探测器除了优异的光响应性能外,还需要优良机械性能以应对复杂的工作环境。结合了柔性电子学和紫外探测技术的柔性紫外探测器已成为了研究的热点。针对以上的问题与需求,本文围绕着In2O3和Ga2O3两种金属氧化物半导体材料。通过掺杂与氧结合更强的元素或氧气退火减少薄膜中的缺陷,提升紫外探测器的响应速度和探测选择性。并开发高性能的柔性金属氧化物薄膜紫外探测器。本文的主要研究内容如下;(1)溶液法具有低成本,大规模,操作简单的优点。利用溶胶凝胶燃烧法在石英和PI基底上生长了 In2O3薄膜,并制备金属-半导-金属(MSM)结构的In2O3紫外探测器。刚性In2O3紫外探测器响应度高达720A/W,光暗电流比约为7×104,但响应速度较慢。在5%Mg元素掺杂后,In2O3紫外探测器的上升时间和下降时间分别从27s和52s优化到6s和2s。在PI基底上制备的柔性5%Mg掺杂In2O3紫外探测器在弯曲半径增大的情况下,光暗电流下降,但光暗电流比和响应速度基本稳定。在多次弯曲之后,光电流有较好的稳定性。(2)利用脉冲激光沉积在F-mica上生长了沿(-201)面择优生长β-Ga2O3薄膜,并制备了柔性日盲紫外探测器。在升高了生长温度后,有效提高了探测器的光暗电流比和日盲-可见光抑制比。利用650℃生长的薄膜所制备的探测器,其光暗电流比为380,在波长230 nm处的响应度为0.84 A/W,日盲-可见光抑制比为910。氧气退火后,β-Ga2O3日盲紫外探测器的光暗电流比和日盲-可见光抑制比提高到9×103和8.1× 104,具有很强的日盲探测选择性。柔性β-Ga2O3日盲紫外探测器在弯曲情况下具有很好的光响应稳定性,在不同的弯曲半径和弯曲次数下,探测器的光响应性能和响应速度保持稳定。
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