本文將傳統(tǒng)的微電子片上制備工藝和納米技術(shù)結(jié)合,在柔性聚合物襯底上合成橫向橋接的ZnO納米線,制備出大面陣、高均勻性和電學(xué)穩(wěn)定性的柔性紫外焦平面探測器陣列。主要的創(chuàng)新性結(jié)果如下:1.在普通光滑的聚酰亞胺(PI)襯底和具有特殊紋理結(jié)構(gòu)的PI襯底上制備基于橫向ZnO NW的紫外探測器,對比實驗發(fā)現(xiàn)普通光滑PI襯底上的傳感器在器件制備過程中由于溫度、濕度等因素引起殘余應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。這些裂縫較短并隨機分布,因此它們可能不會顯著影響器件性能。而在機械彎曲后,器件產(chǎn)生穿透電極的裂縫并導(dǎo)致電接觸失效。改善ZnO種子層質(zhì)量可以減少器件制備期間形成的開裂和屈曲,但不能防止器件在機械彎曲過程中產(chǎn)生的開裂。在3×3傳感器陣列中,彎曲80°后只有一個傳感器保持原有特性。當(dāng)彎曲角度大于-40°或60°時,器件失效。相反,在紋理PI襯底上制備的器件表現(xiàn)出更好的電穩(wěn)定性。在3×3傳感器陣列中,在機械彎曲后,所有傳感器保持其原有性能。在15mW/cm~2365nm紫外光下,偏壓為1V,彎曲角度在-80°到80°之間變化時,光暗電流比保持在10~5的水平。紋理PI襯底比平滑的PI襯底能夠承受更大的應(yīng)力,以防止薄膜開裂,同時可以增加ZnO薄膜與PI襯底之間的接觸面積,從而提高膜-基的界面結(jié)合強度并延遲薄膜的局部應(yīng)變,進而提高柔性紫外探測器在彎曲應(yīng)力下的電學(xué)穩(wěn)定性。2.在柔性襯底上制備基于橫向ZnO NW陣列的柔性紫外焦平面探測器陣列,該陣列由32×32個探測單元組成,像素尺寸為60×125μm~2,像素中心間距為150μm。在陣列中100%的傳感器能夠?qū)θ肷涞淖贤夤庾龀鲰憫?yīng),并顯示出較高的均勻性(光電流的非均勻性為44%)。在5mW/cm~2 365nm紫外光下,偏壓為1V時,探測器陣列的平均光暗電流比可達到~1.1×10~5,平均響應(yīng)度可達到~923 A/W,平均比探測率可達到~2.5×10~(14)Jones。該陣列在彎曲狀態(tài)下也表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性和電穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN23
【部分圖文】：

[10]，襯底為PET，圖1-1(b)為器件工作原理。365nm紫外光照時器件的響應(yīng)度僅為7.2mA/W，圖 1-1 (a) p-Cu2O / n-ZnO 器件結(jié)構(gòu)示意圖；(b) Cu2O / ZnO 異質(zhì)結(jié)的能帶圖[10]Fig 1-1 (a) Schematic diagram of the p-Cu2O/n-ZnO device; (b) Energy band diagram ofCu2O/ZnO junction.

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位升和下降時間分別為 1.4s 和 0.5s。垂直結(jié)構(gòu)的 ZnO 納米線陣列結(jié)構(gòu)限制了的感光面積，降低了器件的光電轉(zhuǎn)化效率。除上下電極結(jié)構(gòu)外，還可以在垂直 ZnO 納米線陣列的上表面制備水平結(jié)電極[11]，器件結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。在 3V 偏壓下，紫外光照 365nm 10 mA，器件光暗電流比為 150 倍，響應(yīng)時間約為 80s，下降時間為 20s。在器件過程中 ZnO 種子層充當(dāng)了導(dǎo)電溝道，而且器件電極浮于納米線陣列表面，結(jié)構(gòu)增加了器件工作的不穩(wěn)定性。

作過程中 ZnO 種子層充當(dāng)了導(dǎo)電溝道，而且器件電極浮于納米線陣列表面，這種結(jié)構(gòu)增加了器件工作的不穩(wěn)定性。圖 1-2 平面 (a) 和彎曲 (b) 形式的紫外 ZnO-NR / PDMS 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，同時展示了傳感器的主要組成部分[11]Fig 1-2 Schematic diagram of the UV ZnO-NR/PDMS detector in the flat (a) and bent (b) forms.The main components of the detector are also shown.

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本文編號：2819963