论文部分内容阅读
全面介绍和回顾了当前紫外光电二极管和液晶光阀器件的研究与发展情况，对它们的工作原理，材料特性、制备工艺和应用背景作了详细的分析讨论。 高响应的肖特墓紫外光电二极管探测器（探测波长小于400nm）在天文物理、环境科学、生物科学和医疗仪器研究等方面具有广泛的应用背景。本文研究了在GaAs和GaP衬底上，本征型和n型Al掺杂ZnS基单晶薄膜的分子束外延生长，获得了高质量的单晶外延薄膜。首次采用“两步法”制备出了新颖的8×8 ZnS肖特基光电二极管阵列，详细研究并确定了制备该器件的标准光刻、金属沉积、湿化学腐蚀、SiO2绝缘层沉积等一系列微电子处理工艺。该肖特基光电二极管阵列的光谱响应截止边为340nm。在400nm至250nm的紫外光盲区域，光电响应测试显示该器件在截止边波长处具有0.15A/W的高响应度，相对应的外量子效率为54.8％。在330nm处，器件获得最高的光电响应度为0.2A/W，相对应的外量子效率为75.2％。成像测试显示该器件具有良好的紫外成像特性。 液晶光阀作为光电信息处理技术中的一种关键器件，已被广泛应用于通讯、机器人视觉、光学计算机、神经网络、大屏幕投影显示等方面。但是受光敏层材料对写入光波长的响应限制，目前绝大部分液晶光阀都只工作在可见和红外光范围，对以分子束外延生长的ZnSx(Se1-x)(薄膜作为光敏层，响应波长连续可调的光盲紫外液晶光阀还未见报道。本文讨论了这种ZnSxSe1-x光盲紫外液晶光阀的结构和工作原理，并通过对器件电学模型的分析，导出为使器件正常工作，ZnSxSe1-x光敏层必须满足的结构参数和光电特性要求。 确定了对ITO衬底进行预处理的最佳条件和参数，获得了原子级平整的ITO衬底，AFM测得其RMS平均粗糙度仅为0.2nm。采用分子束外延技术在ITO导电玻璃上低温沉积了ZnSxSe1-x多晶薄膜，详细研究了薄膜制备的工艺参数，在最佳沉积条件下，制备获得了晶型为立方闪锌矿，并具有（111）面高度定向生长结构的柱状ZnSxSe1-x多晶薄膜，其RMS表面粗糙度最小可达1.2nm。XPS深度剖析显示所制备的薄膜，其内部成分均匀，无偏析和凝聚，界面清晰而陡峭，扩散不严重。研究了采用MBE系统沉积ZnSxSe1-x多晶薄膜的生长机理，分析了衬底温度、沉积速率及薄膜组分对薄膜微结构的影响，提出的“类结构区域模型”可以较完整地解释ITO衬底上ZnSxSe1-x多晶薄膜生长的机理。 对ZnSxSe1-x多晶薄膜的光电特性进行了分析和测试，结果表明，该薄膜具有①大于103的紫外/可见光响应对比度，并且响应波长随薄膜组分连续可调；②能和液晶层相匹配的暗电阻率和暗阻抗，其暗电阻率可通过掺Al或控制薄膜的晶粒大小而调整；③ 新颖液晶光阀及紫外光电二极管阵列的研究在液晶光阀工作的低频段（＜200HZ），具有适当的亮／暗阻抗比；④满足器件要求的选择透光特性。因此完全满足制备ZnS／el－x光盲紫外液晶光阀的要求。 分析并改进了实验参数，采用以 ZnS和 Znse化合物为源材料，同样用 MBE系统沉积制备了具有门 11)面高度定向生长结构的柱状 ZnS雇el．x多晶薄膜，薄膜的晶型为立方闪锌矿。相比于用 ZnS和 Se为生长源制备的 ZnSxSel－x薄膜，采用 ZnS和 Znse化合物为源材料的实验方法制备出的薄膜性能更优良，其晶粒尺寸普遍增大，柱状晶形更完整。生长过程中，衬底表面S元素脱附量的减小，不但可以更方便地控制样品的组分，而且增加了薄膜的成核几率，从而使薄膜中的晶粒生长更完善，薄膜的致密性更高。通过调整衬底的活动自由度，实现了以 ZllS和 ZnSe为源材料制备ZllSxSCI．x薄膜的可控定向生长。随着衬底自由度的增加，薄膜中)IM次出现门 ＼门)和Q20)面的 Xm三强峰。 对薄膜的光电特性的分析测试表明，以 ZnS和 Znse为源材料制备的 ZnSSe；．x薄膜同样满足制备光盲紫外液晶光阀所需的结构参数和光电特性要求，而且发现其具有独特的光电各向异性。从理论上分析了液晶光阀光敏层对器件分辨率的影响，研究了柱状结构光敏层对提高液晶光阀分辨率的作用。 以硅烷（SIH4）和硼烷（BZH6）为气相先驱体，采用等离子体增强化学气相沉积法 oECVD)制备出轻掺硼非晶氢化硅薄膜。X射线衍射、原子力显微镜和光、暗电导测试表明，一定程度的硼掺杂提高了非晶硅氢硅薄膜的电导率，降低了非晶氢硅薄膜的光／暗电导比，并促进了非晶氢硅薄膜中硅微晶粒的生长。红外吸收谱研究预示了大量的硼原子与硅、氢原子之间能形成某些形式的复合体，仅有少量硼元素对P型掺杂有贡献。由于非晶氢化硅具有较窄的禁带宽度门．6～1．sev)，并且可通过硼掺杂对其禁带宽度连续调制，因此以掺硼非晶氢化硅薄膜作为光敏层的液晶光阀对于可见光及近红外区的图像实时转换非常有利。 研究了液晶光阀介质镜层的制备并对液晶定向层的常规摩擦定向工艺步骤进行了改进。以ZflSxSCI－x多晶薄膜为光敏层，制备了透射型和反射型紫外液晶光阀器件。制得的光阀的对比度、分辨率都较好，完全能实现紫外－可见光的转换，图像投影可以得到清晰的