發(fā)布時(shí)間：2020-03-23 23:01

【摘要】：ZnO基薄膜是一種帶隙可調(diào)的直接寬帶隙半導(dǎo)體材料(室溫下禁帶寬度約3.37eV),通過對ZnO半導(dǎo)體薄膜摻雜Mg元素,能夠合成Mg_xZn_(1-x)O三元合金化合物,使其半導(dǎo)體薄膜禁帶寬度在3.37 eV-7.80 eV范圍內(nèi)可調(diào),拓寬探測器的探測波段范圍,利用不同Mg組分和不同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜,能夠制備出性能優(yōu)異的雙色探測器。本論文主要闡述ZnO基半導(dǎo)體薄膜的生長以及雙色探測器的制備,制備出高質(zhì)量半導(dǎo)體薄膜及其雙色探測器。主要研究成果如下:(1)從雙層膜結(jié)構(gòu)考慮,在不同濺射功率下對半導(dǎo)體薄膜的晶體質(zhì)量進(jìn)行了表征。在濺射功率為160 W時(shí),通過SEM圖譜發(fā)現(xiàn)薄膜的生長顆粒大小較為均一,且XRD的衍射峰值相對較高。在此基礎(chǔ)下制備的雙色探測器,Mg_(0.38)Zn_(0.62)O和ZnO響應(yīng)度峰值分別達(dá)到了0.45 A/W,0.30 A/W,相較于140 W和180 W功率下探測器的響應(yīng)度峰值,分別提高了450%,225%。通過對Mg_(0.20)Zn_(0.80)O/ZnO與ZnO/Mg_(0.20)Zn_(0.80)O兩種不同的雙層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)由于金屬電極所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度對于半導(dǎo)體薄膜的影響隨距離變化而改變,通過調(diào)整半導(dǎo)體薄膜位置有效地調(diào)控了雙色探測器的性能。(2)設(shè)計(jì)三明治結(jié)構(gòu),構(gòu)筑雙色探測器。基于三明治結(jié)構(gòu)本身雙肖特基結(jié)的優(yōu)勢,分別在襯底托盤溫度為室溫、523 K、673 K和723 K的條件下生長半導(dǎo)體薄膜和金屬電極,發(fā)現(xiàn)隨溫度升高薄膜質(zhì)量在變好的同時(shí),夾層金屬電極發(fā)生一定程度的損壞。綜合考慮溫度對兩者的影響,器件在673 K的溫度下其光電性能達(dá)到最高,Mg_(0.20)Zn_(0.80)O和ZnO響應(yīng)度峰值分別約為1.30 A/W和0.30 A/W。通過與雙層膜結(jié)構(gòu)探測器的對比,發(fā)現(xiàn)在雙肖特基結(jié)的影響下,三明治結(jié)構(gòu)探測器收集載流子更強(qiáng),且兩個(gè)響應(yīng)度峰值均達(dá)到了1.50 A/W,有效提高了器件的光電性能。(3)從混相半導(dǎo)體薄膜入手,區(qū)別于傳統(tǒng)復(fù)雜雙色探測器,簡化器件結(jié)構(gòu)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了雙色探測。通過制備高M(jìn)g組分的混相Mg_(0.40)Zn_(0.60)O薄膜,使其在兩個(gè)不同的波段對光產(chǎn)生響應(yīng)。基于混相薄膜,通過改變電極的寬度,增大了肖特基結(jié)耗盡層的寬度,有效地提高了器件的光電性能。在同樣的偏壓下,電極寬度從3μm增加到8μm,使其響應(yīng)度峰值由1.60 A/W提升到了3.10 A/W。
【圖文】：

圖 1.1 MgZnO 半導(dǎo)體薄膜的透射光譜Choopun 等人報(bào)道了一系列的 MgxZn1-xO 薄膜合金，利用電積溫度，對于薄膜的組分，結(jié)構(gòu)以及 MgxZn1-xO 合金薄膜想實(shí)現(xiàn)薄膜結(jié)構(gòu)由六方相向立方相轉(zhuǎn)變，，Mg 原子的組分氏度到室溫之間[21]。如圖 1.2 所示。

圖 1.1 MgZnO 半導(dǎo)體薄膜的透射光譜2001 年，Choopun 等人報(bào)道了一系列的 MgxZn1-xO 薄膜合金，利用電子束沉積法，發(fā)現(xiàn)不同的沉積溫度，對于薄膜的組分，結(jié)構(gòu)以及 MgxZn1-xO 合金薄膜的帶隙都有很大的影響。要想實(shí)現(xiàn)薄膜結(jié)構(gòu)由六方相向立方相轉(zhuǎn)變，Mg 原子的組分要大于 50%，溫度在 750 攝氏度到室溫之間[21]。如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN36

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本文編號(hào)：2597396