伴隨著便攜性,可折疊性,可移植性等概念的興起,柔性紫外探測(cè)器逐漸成為近年來的研究熱點(diǎn)。ZnO材料同時(shí)具有半導(dǎo)體,光激發(fā)和壓電三大特性,它們之間的耦合作用即為壓光電效應(yīng)。在ZnO材料中摻入Mg元素可以形成同樣具有壓光電效應(yīng)的Mg_(0.2)Zn_(0.8)O合金,其禁帶寬度增大,探測(cè)區(qū)間向短波段延伸。本文利用可以承受拉、壓、彎曲等大變形的柔性材料PET作為襯底,實(shí)現(xiàn)了ZnO薄膜、Mg_(0.2)Zn_(0.8)O薄膜以及ZnO/Mg_(0.2)Zn_(0.8)O雙層膜結(jié)構(gòu)柔性紫外探測(cè)器的構(gòu)建,測(cè)試器件在不同外應(yīng)力作用下的性能增益情況,系統(tǒng)地研究了壓電極化電荷對(duì)肖特基結(jié)和異質(zhì)結(jié)中載流子輸運(yùn)行為的調(diào)控機(jī)制。為新型柔性紫外探測(cè)器的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供思路與指導(dǎo),主要研究成果如下:(1)從構(gòu)筑ZnO薄膜肖特基結(jié)柔性紫外探測(cè)器的角度出發(fā),通過調(diào)節(jié)射頻磁控濺射中氧氬流量比來改善ZnO薄膜在柔性襯底上的生長(zhǎng)質(zhì)量。氧氬流量比為10:40 sccm時(shí),ZnO薄膜的結(jié)晶性高,氧氣既可以填補(bǔ)空位缺陷又不阻礙粒子的沉積運(yùn)動(dòng)。在此基礎(chǔ)上研究了外應(yīng)力變化對(duì)器件的ZnO/Au肖特基結(jié)界面載流子產(chǎn)生,分離,傳輸和復(fù)合行為的調(diào)控規(guī)律,發(fā)現(xiàn)壓電極化電荷會(huì)直接改變接觸結(jié)中的勢(shì)壘高度和耗盡層寬度。在50 V偏壓下,0.134的拉伸應(yīng)變使器件的響應(yīng)度提高了257%,光電流和靈敏度也均有增強(qiáng)。(2)從構(gòu)筑Mg_(0.2)Zn_(0.8)O薄膜肖特基結(jié)柔性紫外探測(cè)器的角度出發(fā),改變其叉指電極對(duì)數(shù),提出了基于并聯(lián)效應(yīng)調(diào)控器件性能的理論模型。在外加偏壓不變的情況下,增加器件的叉指電極對(duì)數(shù)可以有效提高其響應(yīng)度。此外,在ZnO/Au肖特基結(jié)中壓光電效應(yīng)的理論基礎(chǔ)上,分析了器件的Mg_(0.2)Zn_(0.8)O/Au肖特基結(jié)中壓電極化電荷的產(chǎn)生對(duì)載流子收集過程的影響。在30 V偏壓下,0.153的拉伸應(yīng)變導(dǎo)致界面處積累負(fù)極化電荷,可以調(diào)控器件的響應(yīng)度增大了308%。(3)從構(gòu)筑ZnO/Mg_(0.2)Zn_(0.8)O異質(zhì)結(jié)柔性紫外探測(cè)器的角度出發(fā),將ZnO和Mg_(0.2)Zn_(0.8)O以雙層膜的組合形式實(shí)現(xiàn)了雙波段探測(cè),發(fā)現(xiàn)增加ZnO薄膜厚度可以調(diào)控Mg_(0.2)Zn_(0.8)O薄膜層響應(yīng)峰值大幅提高。同時(shí)對(duì)其施加不同外應(yīng)力,研究基于壓光電效應(yīng)的紫外雙波段可控載流子傳輸機(jī)制。在不斷加大的拉伸應(yīng)力下,Mg_(0.2)Zn_(0.8)O薄膜層的響應(yīng)峰值比ZnO薄膜層的響應(yīng)峰值增長(zhǎng)更快。在30 V偏壓下,0.141的拉伸應(yīng)變使器件的Mg_(0.2)Zn_(0.8)O和ZnO響應(yīng)峰值分別提高了278%和218%。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN23
【部分圖文】：

第一章 緒論表現(xiàn)出壓電效應(yīng)。從根本上講， Zn2+離子與相鄰的 O2-離子組成以正四面體結(jié)構(gòu)，如圖 1.1(b)。在無外應(yīng)力作用時(shí)，Zn2+離子和 O2-離重合，不產(chǎn)生電勢(shì)差。當(dāng)外應(yīng)力作用在正四面體的頂點(diǎn)時(shí)，Zn2+離中心會(huì)發(fā)生相對(duì)位移進(jìn)而生成一個(gè)偶極矩。晶體中所有單元生成的宏觀上產(chǎn)生沿應(yīng)力方向的電勢(shì)差。已有報(bào)道運(yùn)用 Lippman 理論可以長(zhǎng)的單根 ZnO 納米線受外應(yīng)力作用時(shí)電勢(shì)差的分布結(jié)果[15]：受到一時(shí)，納米線+c 端的電勢(shì)為正；切換到大小不變的壓縮應(yīng)力時(shí)，納米。

兩者接觸處會(huì)形成肖特基結(jié)。如圖1.2 所示，受到外應(yīng)力后，半導(dǎo)體界面上的負(fù)極化電荷使得局域肖特基勢(shì)壘高度增加，而正極化電荷將降低肖特基勢(shì)壘的高度。利用壓電極化電荷的內(nèi)建電場(chǎng)可以改變局域肖特基勢(shì)壘高度從而對(duì)金屬-半導(dǎo)體接觸結(jié)中的載流子傳輸進(jìn)行調(diào)控。而且應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的極化電荷是以固定不動(dòng)的形式分布在表面。極化電荷的正負(fù)性依賴于材料的晶向和應(yīng)變的類型，通過拉伸或者壓縮狀態(tài)的切換可以改變接觸結(jié)區(qū)的導(dǎo)電特性，進(jìn)而對(duì)載流子在金屬-半導(dǎo)體接觸界面的輸運(yùn)過程進(jìn)行調(diào)控。

.3 ZnO-10/PET紫外探測(cè)器穩(wěn)定性性能 (a)不同方向紫外光照射 (b)持久性 (c)穩(wěn)定性 (d)不光功率2013 年，臺(tái)灣國(guó)立成功大學(xué) S. J. Young 小組利用水熱法制備了柔性 ZnO 納米測(cè)器。在相同條件下與 ZnO 薄膜紫外探測(cè)器相比，ZnO 納米棒紫外探測(cè)器表的響應(yīng)度，給出的解釋是納米棒具有較大的表面-容積比，致使其陷光能力和吸附能力加強(qiáng)，如圖 1.4 所示[18]。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 郝曉亮;;磁控濺射鍍膜的原理與故障分析[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2013年06期

2 倪淑宇;吳惠萍;吳明英;;窄譜中波紫外線治療皮膚病的健康教育[J];檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)與臨床;2010年24期

3 劉云燕;袁玉珍;李潔;高緒團(tuán);;ZnO基紫外光電探測(cè)器的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 陸盛楠;一維ZnO納米材料壓電電子學(xué)效應(yīng)及其應(yīng)用基礎(chǔ)[D];北京科技大學(xué);2017年

2 劉鳳娟;ZnO基薄膜的生長(zhǎng)及其紫外光敏電阻器的研制[D];北京交通大學(xué);2012年

3 胡懿;氧氬比和氫離子注入對(duì)ZnO薄膜微結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能的影響[D];武漢大學(xué);2010年

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1 賀志強(qiáng);日盲紫外探測(cè)技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2856332