ZnO基紫外探测器的制备及其光电性质的研究

【摘要】ZnO是一种宽禁带直接带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，并且具有良好的化学稳定性和热稳定性，在短波长光电子器件尤其是紫外光电探测器方面有着巨大的应用潜力，是继GaN以来紫外光电探测器领域的又一研究热点。本文采用PLD方法和水热法，制备了光电导型和PN结型两种类型的ZnO基紫外光电探测器，并对它们的光电性质进行了研究。以蓝宝石为衬底，采用PLD方法制备了Ti/ZnO/Ti结构光电导紫外探测器，并对其光电性质进行了研究。金属Ti与ZnO之间形成了较好的欧姆接触，电极与ZnO合金化的最佳退火温度为400℃左右。通过PLD方法制备的ZnO薄膜具有较好的c轴择优取向和较高的结晶质量。ZnO光电导紫外探测器对紫外光有较强的响应，360nm的紫外光照射下，光电流达到7.025mA，对可见光基本无响应，响应截止边在370nm左右。但是，器件的响应时间较长，上升时间和下降时间分别为10s和40s。利用PLD方法和水热合成法制备了n-ZnO/p-Si、n-ZnO薄膜/p-GaN以及n-ZnO纳米棒/p-GaN三种结构的ZnO异质结紫外光电探测器，并对它们的光电性质进行了研究。n-ZnO/p-Si异质结紫外光电探测器的光谱响应由一个365nm附近的紫外响应峰和一个宽的可见到红外响应带组成，紫外光响应来自ZnO，可见和红外光响应来自p-Si衬底。-5V反向工作电压下，紫外响应峰值为20.9A/W，可见到红外响应峰值超过23A/W。因此，该器件无法实现可见光环境下的紫外有效探测；n-ZnO薄膜/p-GaN异质结紫外光电探测器的光谱响应峰出现在364nm附近，反向电压为-5V时，光电流达到饱和，响应度峰值为1.19A/W。器件的最佳工作偏压大约为-2V，探测率峰值为8.9×1010cmHz1/2/W，并且对364nm附近的紫外光有较强选择性（FWHM约为60nm），但是器件的反向漏电流较大，这一定程度影响了器件的性能；n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结紫外光电探测器在-5V偏压下的反向漏电流仅为5.76×10-7A，光谱响应峰值出现在362nm附近，反向电压为-10V时，光电流达到饱和，响应度峰值为1.85A/W。器件的最佳工作偏压在-4V左右，探测率峰值为2.26×1011cmHz1/2/W。
【作者】黄瑞志；
【导师】李清山；
【作者基本信息】鲁东大学，原子与分子物理，2014，硕士
【关键词】ZnO；紫外光电探测器；光电导；异质结；

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