论文部分内容阅读
第三代宽禁带(3.37 eV)半导体材料ZnO具有环境友好、缺陷密度低、抗辐射能力强等优点,被认为是制备紫外光电探测器的理想候选材料。针对ZnO基紫外光电探测器光吸收率较低的问题,我们将目光投向了利用金属局域表面等离子体来修饰紫外探测器的方向上。金属局域表面等离子体具有高的空间局域特性和强的局域场增强效应,被认为是提高ZnO薄膜对光吸收效率有效手段之一。本论文旨在利用在紫外波段具有较高质量因子的Ag纳米粒子来修饰器件,主要研究成果如下:(1)从提高ZnO薄膜对光的吸收率角度入手,以传统MSM结构ZnO基紫外探测器为基础,在探测器的表面引入Ag纳米粒子来对器件进行修饰。通过改变溅射Ag纳米粒子的时间来对Ag纳米粒子的尺寸和密度进行调控,实现了对器件性能的优化。当溅射时间为15 s时,器件的响应度由0.20 A/W提升到0.33 A/W。这表明Ag纳米粒子局域表面等离激元共振频率能够与ZnO激子响应区的能量相匹配,有效地增强了薄膜对紫外光的吸收率。(2)从提升Ag纳米粒子修饰数量角度入手,通过在ZnO薄膜中嵌入了不同层数的Ag纳米颗粒来调控器件的性能。当薄膜中嵌入两层Ag纳米颗粒时,器件的响应度相比于ZnO基紫外探测器提升了8倍。以ZnO/Ag/ZnO/Ag/ZnO膜层结构的器件为基础,从局域表面等离子体在介质材料中有效穿透深度出发,通过调控两层Ag纳米粒子之间的跨距进一步优化器件的性能。当两层Ag纳米粒子间距为57.13 nm时,器件的响应度在相比于ZnO基紫外探测器提升了近10倍。并且器件的响应截止边发生红移,有效拓宽了探测范围,该实验有效地验证了局域表面等离子体倏逝波的传播特性。(3)从提升电极收集光生载流子能力角度入手,通过改变传统的器件结构,构筑了新颖的Mg0.24Zn0.76O/Au/ZnO三明治结构的双波紫外探测器,有效提高了电极收集光生载流子的能力。同时引入Ag纳米粒子对探测器进行修饰,并且调控了Ag纳米颗粒的修饰位置,结果表明Mg0.24Zn0.76O/Au/Ag NPs/ZnO结构的器件性能最优,Zn O层和Mg0.24Zn0.76O层的响应度相比于Mg0.24Zn0.76O/Au/ZnO结构的器件提升了3.8倍和4.2倍。以Mg0.24Zn0.76O/Au/Ag NPs/Zn O结构的器件为基础,进一步研究在Mg0.24Zn0.76O层包埋了不同深度的Ag纳米粒子对器件双层响应度峰值的影响,实现了双波段响应度可调控的高性能紫外光电探测器。