基於氧化物納米線陣列的異質結紫外探測器的研究

《基於氧化物納米線陣列的異質結紫外探測器的研究》是依託吉林大學，由阮聖平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於氧化物納米線陣列的異質結紫外探測器的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：阮聖平
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

以極性界面水解法生長的ZrxTi1-xO2納米線陣列為基底材料，使之與SrTixZr1-xO3固溶體納米薄膜相結合，來研製探測範圍可調的日盲、可見盲型異質結寬禁帶半導體紫外探測器，以解決目前器件回響恢復時間長、吸收邊調節困難、暗電流大的難題。通過對基底材料組分、結構的控制，改變材料的禁頻寬度和器件異質結的特性，從而降低暗電流，實現對頻率回響範圍的調節。利用一維納米材料的結構特性，為載流子的定向傳輸提供導向作用，增大構成異質結的ZrxTi1-xO2納米線陣列與SrTixZr1-xO3相互接觸的結面積，同時充分發揮納米線的限域作用，減少載流子的複合幾率，使器件在獲得較快回響速度的同時，具有高的回響度，為探索高效的紫外探測器件結構提供新的解決思路。預計器件吸收邊在310-380nm可調，5V偏壓下暗電流小於1nA，在260nm處回響度600A/W，回響時間小於4ms。

結題摘要

目前能夠套用在紫外探測器上的材料發展極為迅速，已經由第一代半導體矽、第二代半導體砷化鎵、磷化銦等過渡到寬禁帶化合物半導體等材料，再逐漸擴展到一些物理化學性能優越的新型多元複合材料等。這些新型複合材料結合了多種寬禁帶半導體材料的優點，具有更加優異的光電性能、熱穩定性以及更加寬的光譜回響範圍，在製備高性能的新型紫外光電探測器方面顯示出潛在的套用價值。因此深入探討這些複合材料在光電探測領域的工作機制和器件工藝技術具有非常重要的意義。 本項目採用極性界面水解法在透明襯底上生長一維取向的ZrxTi1-xO2固溶體納米線陣列，以溶膠凝膠法製備性質穩定的SrTixZr1-xO3溶膠，通過調整材料各組分的配比改變基體材料的紫外吸收邊和禁頻寬度；然後，將SrTixZr1-xO3鈣鈦礦溶膠以旋塗法塗到ZrxTi1-xO2固溶體納米線陣列上，經過熱處理，使納米線和納米薄膜之間形成合適的異質結結構。項目主要完成工作如下： (1) 固溶體納米線陣列材料製備及表征 採用極性界面水解法定向生長出適於紫外線強度測試儀用的ZrxTi1-xO2固溶體納米線陣列，研究材料的物理化學特性，研究了試劑用量、反應時間等對納米線長度、直徑、結晶情況和疏密程度等參數的影響，為達到器件的要求提供合適的材料。 (2) 紫外吸收邊和禁頻寬度的調節 通過研究反應物投料比和產出比，得到不同配比的ZrxTi1-xO2、 SrTixZr1-xO3固溶體複合材料，並利用XRD，UV-visble，AFM，SEM，XPS等手段對各個材料進行了表征。研究出不同配比對材料的禁頻寬度和紫外吸收邊的影響，為異質結的形成與調節提供了有效途徑。 (3) 異質結的構成與調節 通過溶液旋塗法在ZrxTi1-xO2固溶體納米線陣列中引入SrTixZr1-xO3納米薄膜形成異質結構，並對異質結特性進行了研究。ZrxTi1-xO2與SrTixZr1-xO3具有較高的晶格匹配度，能夠形成良好的異質結，使光生載流子有效分離，減少電子空穴複合幾率並延長了載流子的壽命，為得到更高光電性能紫外光探測器提供了新的方法。 (4)器件的製作與性能測試 通過大量實驗，確定了器件製作的最佳工藝條件，製作出背入射式紫外探測器。建立了紫外探測器的光學測試系統，對器件的暗電流、光電流、回響時間、光譜回響進行了測試。