基于柔性衬底的ZnO纳米紫外焦平面探测器芯片技术

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本文将传统的微电子片上制备工艺和纳米技术结合,在柔性聚合物衬底上合成横向桥接的ZnO纳米线,制备出大面阵、高均匀性和电学稳定性的柔性紫外焦平面探测器阵列。主要的创新性结果如下:1.在普通光滑的聚酰亚胺(PI)衬底和具有特殊纹理结构的PI衬底上制备基于横向ZnO NW的紫外探测器,对比实验发现普通光滑PI衬底上的传感器在器件制备过程中由于温度、湿度等因素引起残余应力而出现裂缝。这些裂缝较短并随机分布,因此它们可能不会显著影响器件性能。而在机械弯曲后,器件产生穿透电极的裂缝并导致电接触失效。改善ZnO种子层质量可以减少器件制备期间形成的开裂和屈曲,但不能防止器件在机械弯曲过程中产生的开裂。在3×3传感器阵列中,弯曲80°后只有一个传感器保持原有特性。当弯曲角度大于-40°或60°时,器件失效。相反,在纹理PI衬底上制备的器件表现出更好的电稳定性。在3×3传感器阵列中,在机械弯曲后,所有传感器保持其原有性能。在15mW/cm2365nm紫外光下,偏压为1V,弯曲角度在-80°到80°之间变化时,光暗电流比保持在105的水平。纹理PI衬底比平滑的PI衬底能够承受更大的应力,以防止薄膜开裂,同时可以增加ZnO薄膜与PI衬底之间的接触面积,从而提高膜-基的界面结合强度并延迟薄膜的局部应变,进而提高柔性紫外探测器在弯曲应力下的电学稳定性。2.在柔性衬底上制备基于横向ZnO NW阵列的柔性紫外焦平面探测器阵列,该阵列由32×32个探测单元组成,像素尺寸为60×125μm2,像素中心间距为150μm。在阵列中100%的传感器能够对入射的紫外光做出响应,并显示出较高的均匀性(光电流的非均匀性为44%)。在5mW/cm2 365nm紫外光下,偏压为1V时,探测器阵列的平均光暗电流比可达到1.1×105,平均响应度可达到923 A/W,平均比探测率可达到2.5×1014Jones。该阵列在弯曲状态下也表现出优异的柔韧性和电稳定性。
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