Ag表面等离子体四极子增强型MgZnO紫外探测器的设计制备及其特性研究

来源 :中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:shoretxm
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紫外探测技术是继激光和红外探测技术之后发展起来的又一新型军民两用探测技术,目前在导弹尾焰探测、空间探测、燃烧工程、火焰探测等诸多领域发挥着巨大的作用。近年来,宽禁带半导体紫外探测器因其体积小、重量轻、工作时不需滤光片、无需制冷等优点被认为是可以取代真空光电倍增管和Si光电倍增管的第三代紫外探测器。在众多宽禁带半导体材料中,ZnO基材料具有缺陷密度低,抗辐射能力强,环境友好等诸多优点,且可通过Mg的掺杂使其光学带隙在3.37-7.78eV范围连续可调,因此被认为是制备日盲及可见盲紫外探测器的最理想材料之一。由于高质量P型ZnO基材料的制备仍是国际难题,因此,在努力实现高效稳定的P型ZnO(MgZnO)的同时,如何提高现有ZnO基紫外探测器的性能逐渐成为近年来人们研究的热点。据之前的文献报道可知,金属表面等离子体技术已经广泛应用提高发光二极管、太阳能电池等光电器件的量子效率等诸多性能。由于金属表面等离极化激元与宽禁带半导体之间大的能量失配限制了金属表面等离子体技术在紫外波段的应用,因此,目前报道的金属表面等离子体技术的应用主要集中在可见和红外波段。虽然最近国际上也有一些关于金属表面等离极化激元提高紫外探测器响应度的报道,但是其内部的物理机制还不是很清晰。本论文针对上述ZnO基紫外探测器研究领域的热点和难点,开展工作如下:1.通过时域有限差分方法(FDTD)的理论模拟结果,设计并制备出了一种在紫外波段具有杂化四极子的Ag纳米材料。有文献调研可知,此种杂化四极子具有偶极活性,可与紫外光发生耦合作用,为金属表面等离子体技术的应用扩展到紫外波段提供了一种新的途径。2.通过对上述Ag纳米团簇的四极共振频率和强度的有效调控,使MgZnO材料的近带边光致发光得到了选择性增强,表明Ag纳米团簇的表面等离极化激元杂化四极子确实具有偶极活性,可以与MgZnO近带边激子进行耦合作用,为Ag表面等离子体增强型MgZnO紫外探测器的制备奠定了坚实根基。3.在前面工作基础上,制备出了一种响应峰值位于350nm附近的高度波长选择性增强的MgZnO/Ag复合型紫外探测器。4.为了进一步降低探测器的光电转化能耗,设计并制备出了一种全新的非对称金属-半导体-金属(Au-MgxZn1-xO-Au)结构的自驱动式ZnO基紫外探测器,即一种可在无外加偏压下工作的紫外探测器。此种非对称金属-半导体-金属结构具有很好的普适性,可广泛应用于ZnO基材料以外的自驱动半导体光电探测器的制备。最后在前面所有工作的基础上,我们制备出了一种高灵敏度、低能耗、低噪声的Au-MgxZn1-xO/Ag-Au自驱动紫外探测器。
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