【摘 要】
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垂直结构紫外探测器相较传统平面结构异质结紫外探测器具备多种优点,如电场直接加在结区两侧,电场分布相对均匀,有助于结区内光生电子空穴对分离;电极间距小有效地降低了载流子传输过程中的损耗;避免了外界环境中水汽等因素对器件的影响。目前常见的垂直结构光电探测器大多使用二维材料为基底,如MoS_2、单层石墨烯等。但是二维材料目前也存在较多缺陷,如:制备条件苛刻;材料层数减少,载流子迁移率增加,但对光的吸收能
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垂直结构紫外探测器相较传统平面结构异质结紫外探测器具备多种优点,如电场直接加在结区两侧,电场分布相对均匀,有助于结区内光生电子空穴对分离;电极间距小有效地降低了载流子传输过程中的损耗;避免了外界环境中水汽等因素对器件的影响。目前常见的垂直结构光电探测器大多使用二维材料为基底,如MoS2、单层石墨烯等。但是二维材料目前也存在较多缺陷,如:制备条件苛刻;材料层数减少,载流子迁移率增加,但对光的吸收能力减弱;制备成本较高等。因此本文选用目前已被广泛研究且已取得一定研究成果的宽带隙半导体材料MgZnO:Ga与NiO制备垂直结构异质结型紫外光电探测器,以期器件既能继承垂直结构光电探测器的优点,又可避开二维材料应用中的重重困难,从而得到具有优异紫外探测性能的紫外探测器。首先本文对在石英衬底上射频磁控溅射制备NiO薄膜的工艺参数进行了优化:控制变量法固定其他参数,改变溅射时氧氩比、压强、功率以及热处理温度。通过X射线衍射仪（XRD）,紫外可见透射-吸收光谱仪,原子力扫描显微镜（AFM）等测试对薄膜的晶体质量,表面形貌和光学性能等进行了分析。结果表明NiO薄膜具备（200）方向的择优取向,优化出NiO薄膜制备工艺窗口为:溅射压强2.0Pa、溅射功率140W,氧氩比10:30,退火温度500°C。其次为得到异质结型器件,进一步优化了磁控溅射制备MgZnO:Ga/NiO异质结薄膜的工艺参数。根据优化出的NiO薄膜工艺参数制备出一批同等质量NiO薄膜,再控制变量固定其余参数,改变溅射氧氩比、压强、功率以及热处理温度在NiO薄膜上生长MgZnO:Ga薄膜,通过表征分析优化出MgZnO:Ga/NiO薄膜工艺窗口。之后制备了装配不同电极的平面结构异质结型光电器件,器件具有良好的整流特性。装配金电极的器件性能最优,在221nm处的峰值响应度为0.78mA/W,在336nm处响应峰值为0.63A/W,具有紫外双波段探测性能。最后生长了具有不同电极间距的垂直结构MgZnO:Ga/NiO紫外探测器。发现器件电极间距过大时,没有展现出较好的电学与光电特性,随着器件电极间距的减小,器件各方面性能均有所提升。当器件的电极间距为0.5mm时,器件在204nm处光谱响应峰值为14.1mA/W,截止边为237nm,具备较好的抑制比,在336nm处光谱响应峰值为12.3mA/W,器件的外量子效率分别达到了8.57%与4.54%。
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