基于纳米压印ZnO光电探测器的制备及性能研究

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氧化锌(ZnO)是宽禁带半导体材料,在室温下其禁带宽度为3.37eV,光子能量对应紫外波段,是制备高性能紫外光电探测器的优质材料。在常规的平面ZnO薄膜光电探测器中,ZnO的光吸收能力有限,近年来很多工作围绕着提高ZnO薄膜光吸收能力展开,通过调控ZnO纳米结构(纳米线、纳米棒),增加ZnO的比表面积,提高ZnO光吸收能力。然而,ZnO纳米线、纳米棒的制备工艺复杂,不适用于大面积ZnO光电探测器的生产。本文采用了适合大面积生产的直接热压印的方法制备了三维结构ZnO薄膜;研究了三维纳米结构的陷光作用,提高了光电探测器的光吸收性能;此外,通过掺入金纳米颗粒,将ZnO光响应区间扩宽到了可见光区。首先,通过溶胶-凝胶法制备ZnO前驱体溶胶,将前驱体溶胶旋涂至Si02/Si基底得到ZnO溶胶薄膜。进一步通过纳米压印工艺,在ZnO溶胶薄膜表面构建三维纳米阵列结构,利用三维纳米结构的陷光作用,将ZnO薄膜光电探测器的光电流提高了15倍。其次,通过溶胶-凝胶法制备出粒径均一、分散度较好的金纳米颗粒溶胶。利用金纳米颗粒表面自由电子的等离子共振作用将ZnO的光电响应波段扩宽到可见光区,并且与纳米压印工艺相结合制备出三维纳米结构的ZnO-Au薄膜光电探测器,其光电流是平面ZnO光电探测器的26倍。最后,探讨了三维结构的几何尺寸对器件性能的影响,制备了几种不同宽深比的ZnO光电探测器,探索出光电转化率最优的ZnO纳米结构的宽深比为866nm/40nm,对此纳米结构进一步掺杂金纳米颗粒,制备了ZnO-Au薄膜光电探测器,其光电流是平面ZnO光电探测器光电流的208倍。
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