论文部分内容阅读
ZnO是一种直接带隙半导体材料,通过掺杂Mg元素可以获得MgZn O三元合金,实现带隙在3.3-7.8 eV之间可调。针对Zn O基MSM结构紫外光电探测器光吸收率较低等问题,本文首先对ZnO薄膜参数进行调控,设计出ZnO/Au/ZnO三明治结构紫外光电探测器,在此基础上引入MgZnO材料设计出Mg0.2Zn0.8O/Au/ZnO和Mg0.5Zn0.5O/Au/ZnO三明治结构紫外光电探测器,实现对紫外可见波段以及日盲波段的探测,并对三明治结构器件性能进行系统表征。主要研究成果如下:(1)从增加器件对光的吸收入手,创新性的设计了三明治结构ZnO/Au/ZnO(300nm)紫外光电探测器。调控Au电极厚度,发现Au电极厚度为20 nm时,5 V偏压下ZnO/Au/ZnO(300 nm)器件的响应度为9.76 A/W。在此基础上,对ZnO(S1)薄膜进行热退火处理,达到优化三明治结构器件性能的目的。当退火温度为700℃时,5 V偏压下ZnO(S1)/Au/ZnO(300 nm)器件的响应度达到了69.96 A/W,约为未进行退火处理的7.17倍。(2)为了拓宽探测器在可见盲波段的探测波长,引入了Mg0.2Zn0.8O材料。首先通过改变Mg0.2Zn0.8O和ZnO双层薄膜位置,确定Mg0.2Zn0.8O/Au/ZnO(300 nm)三明治结构器件性能更优异,随后将Mg0.2Zn0.8O薄膜厚度作为实验变量,去优化三明治结构器件性能,发现Mg0.2Zn0.8O薄膜厚度为300 nm时,Mg0.2Zn0.8O响应度峰值较高,35V偏压下,达到117.42 A/W。这是因为薄膜厚度的增加,影响了耗尽层宽度,从而优化器件的电学性能。(3)成功的制备出了三明治结构雪崩型ZnO基紫外光电探测器。通过磁控溅射技术生长出了高质量的Mg0.5Zn0.5O薄膜,实现对日盲波段的探测。随后改变ZnO薄膜厚度,实现对三明治结构器件性能的优化。在18 V偏压下,Mg0.5Zn0.5O/Au/ZnO(100 nm)器件的响应度超过2.5×103 A/W,相比于17 V偏压下响应度增加了38倍。通过变温I-V曲线分析,得出是雪崩倍增效应导致器件具有高的增益。而ZnO/Au/ZnO(300 nm)和Mg0.2Zn0.8O/Au/ZnO(300 nm)结构器件中,并未出现雪崩倍增现象,是因为ZnO薄膜生长在器件的上方,与叉指电极紧密接触,ZnO薄膜厚度会直接影响叉指电极对电信号的传输。