PVK/氧化镓有机无机异质结光电二极管的研制

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紫外光电探测器在重要领域有着关键地位,如机密空间通信、火焰探测、成像和导弹预警系统等方面,引起了人们越来越多的研究兴趣。氧化镓作为第三代半导体材料中的代表材料具有很宽的禁带宽度(4.2-5.3 eV),因此非常适用于紫外波段的光电探测。在紫外探测器的研究中,无机基器件一直占据着最大的市场,不过有机无机异质结器件近年来也在慢慢地进入我们的视野。相比于无机基器件,有机无机杂化器件不仅具有有机物低成本、易生产以及轻质量等优点,还时常有突破无机基器件的性能表现。在众多的有机物材料中,poly(N-viny l carbazole)(PVK)作为一种空穴传输材料具有较宽的禁带(~3.6 eV),常常被应用到光电探测器件中并表现出良好的性能。然而,据我们所知有关PVK/氧化镓有机无机杂化器件并未有过报道。本论文首次制备了基于PVK/氧化镓有机无机异质结的平面结构日盲光电二极管,并且研究了 PVK有机层厚度对于器件光电性能的影响。本论文的主要研究成果如下:(1)利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)和旋涂法,在蓝宝石衬底上首次制备了 PVK/ε-Ga2O3有机无机异质结平面结构光电二极管。对制备的氧化镓薄膜及PVK薄膜进行了 XRD和SEM表征发现获得的薄膜材料均连续且致密,且氧化镓薄膜具有高结晶性。通过半导体测试仪对器件的光电性能进行了测试,结果表明制备的器件在254 nm紫外光照下在±2 V时具有整流比为37的明显整流特性。在5 V电压下光响应上升时间为0.52 s,下降时间为0.11 s,响应速度较好。此外,在无外加偏压条件下的I-t测试表明器件具有自供电工作的潜力,这种有机无机异质结器件有望应用于紫外光电探测。(2)对PVK薄膜层厚度对器件的光电性能的影响进行了研究,制备了 3种厚度PVK层的PVK/β-Ga2O3有机无机光电二极管,通过对各个器件测试I-t及I-V特性曲线对比分析,发现随着PVK层的加厚,电流不断增大,可能是光电导效应增加导致,且在0偏压时的电流也随着厚度而增大,但整流比随厚度增加有明显下降。此外,还发现不同PVK厚度的器件的稳定性与重复性都有不错表现。
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