MSM型TiO_2/LaAlO_3基紫外探测器的研制

【摘要】在这个物质生活高度繁荣的时代，人们对高科技生活的渴望推动着科学技术的不断进步。面对信息爆炸式的增长，对信息采集传感器的要求也越来越严苛，紫外探测器作为信息传感器的重要分支受到越来越多的重视。现阶段紫外探测器的研究已经由光电倍增管逐步过渡到宽禁带半导体材料，TiO2作为一种宽禁带半导体材料被广泛的应用在紫外探测技术中，但是目前的TiO2基紫外探测器存在暗电流大、响应恢复时间慢等缺点。为了改进这些缺点，我们从器件结构上入手，在最初TiO2基紫外探测器的基础上尝试引入TiO2/LaAlO3异质结结构，制备全新结构的紫外探测器，最终使器件的暗电流降低了两个数量级，光暗电流比高达五个数量级，响应恢复时间也得到了明显的改善。经过溶胶凝胶法、旋涂、烧结等过程我们制备了纳米TiO2薄膜，并利用XRD、SEM、UV-VIS、AFM等手段对其进行了表征。通过表征，材料XRD衍射峰明显，表面光滑平整、细腻紧凑、起伏微小，吸收边发生在320nm附近，这些特征预示着我们制备了性能优良的纳米TiO2薄膜，为器件的制作打下了坚实的基础。我们将TiO2旋涂在LaAlO3衬底上使之构成异质结接触，然后经过光刻、磁控溅射、超声剥离等工艺，最终制备完成MSM型TiO2/LaAlO3基紫外探测器。器件的有效面积为0.38mm2，叉指电极的指宽与指间距为20μm，电极材料采用Pt。紫外探测器制作完成之后我们对其光电性能进行了测试，首先我们测试了器件的I-V特性，以30W的氘灯作为光源，在波长为260nm紫外光照射下器件的光电流可以达到3.2μA，无光照条件下暗电流为50pA，光暗电流比可以高达五个数量级，这在已知的报道中是最高的。经理论分析得，低暗电流、高灵敏度主要基于三方面原因：Pt在金属中拥有最高的功函数，高的肖特基势垒导致低的暗电流；MSM结构由两个背靠背的肖特基结构成，电流的大小由反偏的那个结决定；引入TiO2/LaAlO3异质结会在接触界面处形成一个耗尽层，使TiO2导电沟道变窄，电阻变大。然后我们计算了器件的响应度，在250-450nm波长范围内器件对波长具有很好的选择性，在260nm附近器件的响应度达到峰值31.7A/W。最后我们测试了器件的响应恢复时间，器件的上升时间为550ms，下降时间为380ms，这与此前的TiO2基紫外探测器相比取得了明显的进步，经分析我们认为TiO2/LaAlO3异质结内建电场对紫外探测器的快速响应起到了至关重要的作用。最终经过全新的器件结构设计，我们制备了一个低暗电流、高灵敏度、快速响应的MSM型TiO2/LaAlO3基紫外探测器，相信它的应用前景将更加广泛，对我们的生活影响将更加深远。
【作者】吕凯波；
【导师】阮圣平；
【作者基本信息】吉林大学，物理电子学，2014，硕士
【关键词】异质结；紫外探测器；TiO2/LaAlO3；溶胶凝胶法；

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