论文部分内容阅读
随着紫外光探测器在微电子、环境保护、火灾预警、生物、医学研究、天文学以及军事国防等领域应用的日益增长,新型高性能、低成本紫外光探测器的研究越来越受到关注。本论文以研制高性能氧化锌基薄膜紫外探测器为目标,通过优化异质生长条件来获得高质量、异质结用ZnO基薄膜,进而提高ZnO基薄膜紫外探测器的光电响应性能。本论文研究了ZnO薄膜能带调控、Pt/ZnO薄膜肖特基接触以及p-Si/ZnO薄膜p-n异质结,主要结果如下:
1)为实现日盲型紫外探测器,通过元素掺杂,调控ZnO薄膜能带宽度。采用氧等离子体辅助PLD沉积结合缓冲层技术对ZnO薄膜进行Mg掺杂,获得了禁带宽度为4.5eV的ZnMgO薄膜,满足了紫外探测器对薄膜材料能带宽度的要求。
2)为实现ZnO基薄膜高速高频紫外探测器,研究了Pt/ZnO基薄膜肖特基接触特性。提出Pt/ZnO薄膜垂直倒置型器件结构,减小由薄膜表面态引起的“费米钉扎”效应对肖特基接触的影响。研究了薄膜本征缺陷以及位错缺陷对接触性质的影响。通过减少薄膜表面态,不断提高肖特基接触势垒高度。
3)获得了势垒高度为0.88eV,反向漏电流密度JR=1.7×10-6A/cm2的高质量肖特基二极管。基于垂直倒置型器件结构,研制了零偏压肖特基探测器,获得了峰值响应度为0.265A/W,响应上升时间为10ns,下降时间为17ns的高性能紫外探测器。
4)为实现p-n异质结零偏压紫外探测器,研究了p-Si/ZnO薄膜异质结及其光电响应特性。发现薄膜本征缺陷以及界面氧化物薄层是影响异质结以及光电响应性能的重要因素。通过减少薄膜本征缺陷以及引入氧化物薄层有效地抑制可见光响应,增强紫外光响应。
5)发现退火处理能够显著增强异质结光电响应性能。通过调控退火温度,获得了整流比为2.5×105,内建电场为0.8eV的高质量异质结器件。提出界面连续势阱缓变异质结模型,建立了响应度与异质结耗尽层宽度、内建电场间关系。采用AZO电极,将峰值响应度提高至0.27A/W,实现了高性能p-Si/ZnO薄膜异质结零偏压紫外探测器。
本论文采用能带调控方法,研究了ZnO基薄膜肖特基型和p-n异质结型紫外探测器件,对于ZnO薄膜材料的光电器件应用具有重要的意义。