本文關(guān)鍵詞：橫向結(jié)構(gòu)ZnO納米線陣列紫外探測器件的研究

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【摘要】：隨著生態(tài)環(huán)境的逐漸惡化和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對健康的關(guān)注度逐漸提高,特別是對皮膚保護和環(huán)境健康監(jiān)測的日益重視,使得新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中多節(jié)點探測對紫外探測器的需求不斷增大,且越來越向著高靈敏度和小型化的方向發(fā)展。氧化鋅(ZnO)的納米結(jié)構(gòu)具有單晶程度高、比表面積大等優(yōu)異特性,成為納米器件的首選材料。本文通過對基礎(chǔ)工藝嚴謹而細致的摸索,對實驗現(xiàn)象背后物理機制的深入探究,將納米技術(shù)結(jié)合到傳統(tǒng)微電子工藝中,采用水熱法片上制備了橫向結(jié)構(gòu)的ZnO納米線陣列紫外探測器件,在保證納米線結(jié)構(gòu)和特性完整以及器件整體均勻性的基礎(chǔ)上,有效地提高了器件的增益,縮短了響應(yīng)時間和恢復(fù)時間。本文主要內(nèi)容與結(jié)果如下:1、通過在不同襯底上和不同退火條件下實現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)ZnO納米線陣列,探討襯底形狀對ZnO納米線生長的影響;采用四種不同的工藝方法實現(xiàn)橫向生長的ZnO納米線陣列,并分析各方法對橫向結(jié)構(gòu)器件制備的利弊,從而確定橫向生長ZnO納米線陣列的工藝流程。2、通過分析基于剝離種子層方法制備橫向生長的ZnO納米線過程中,生長初期各個階段的生長形態(tài),提出了ZnO納米線在臺階拐角處成核生長的橫向生長機制,使得橋接結(jié)構(gòu)納米器件得以實現(xiàn)。3、對器件進行了后續(xù)去除多余納米線處理,以及電極的二次加固,顯著提高器件的紫外響應(yīng)特性,也同時驗證了在傳統(tǒng)微電子加工工藝中,引入納米技術(shù)的納米線生長方式制備納米器件的可行性。4、分別嘗試了Cr和Au兩種金屬電極的器件結(jié)構(gòu):由于Cr電極對其上縱向生長的納米線有抑制作用,導(dǎo)致橫向生長納米線長度可以到達對側(cè)電極,光電響應(yīng)方式為受表面氧離子吸附控制的光電導(dǎo)效應(yīng),光電流大但增益低,響應(yīng)和恢復(fù)速度慢。經(jīng)二次電極加固,納米線根部與電極金屬直接形成肖特基接觸,光電響應(yīng)方式變?yōu)楣夥?yīng),增益和速度得到了極大改善。由于Au電極對其上縱向生長的納米線有催化作用,導(dǎo)致溶質(zhì)資源的競爭,相同時間,橫向生長的納米線不能到達對側(cè),而是交叉橋接,但卻形成了紫外光誘導(dǎo)的橋接納米線間勢壘結(jié)高度調(diào)控機制,得到的器件特性最優(yōu):室溫1V偏壓下暗電流為10-9A,在20mW/cm2光照強度的365nm波長紫外光照下,光暗電流比可達8×105,響應(yīng)時間和恢復(fù)時間分別為1.1s和1.3s。
【關(guān)鍵詞】：ZnO納米線 紫外探測器 橫向生長 橋接結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN23
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 ZnO薄膜紫外探測器11-12
• 1.2.2 單根ZnO納米線紫外探測器12-13
• 1.2.3 垂直結(jié)構(gòu)ZnO納米線陣列紫外探測器13-15
• 1.2.4 橫向結(jié)構(gòu)納米線紫外探測器的研究進展15-18
• 1.3 本論文的研究目標及主要內(nèi)容18-20
• 第二章 ZnO納米線陣列的水熱法生長與器件制備工藝流程20-40
• 2.1 垂直結(jié)構(gòu)ZnO納米線陣列的水熱法生長20-28
• 2.1.1 水熱合成法20-21
• 2.1.2 襯底晶格對ZnO納米線陣列生長的影響21-26
• 2.1.3 種子層退火條件對氧化鋅納米線生長的影響26-28
• 2.2 橫向生長ZnO納米線陣列的實現(xiàn)28-34
• 2.2.1 基于ZnO種子層解理面的ZnO納米線的橫向生長28-29
• 2.2.2 基于腐蝕種子層的ZnO納米線的橫向生長29-31
• 2.2.3 基于剝離種子層的ZnO納米線的橫向生長31-32
• 2.2.4 基于等離子體刻蝕種子層斷面的ZnO納米線的橫向生長32-33
• 2.2.5 橫向生長方法的選擇33-34
• 2.3 傳統(tǒng)微電子工藝與納米技術(shù)相結(jié)合的紫外探測器件制備34-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第三章 納米線生長方式所決定的器件的光電響應(yīng)特性40-54
• 3.1 溶質(zhì)資源競爭引起的不同金屬電極器件特性的差異40-46
• 3.1.1 溶質(zhì)資源競爭現(xiàn)象40-43
• 3.1.2 溶質(zhì)資源競爭導(dǎo)致的器件結(jié)構(gòu)的差異43
• 3.1.3 不同金屬電極器件的紫外響應(yīng)特性43-46
• 3.1.3.1 Cr電極器件的紫外響應(yīng)特性45
• 3.1.3.2 Ti/Au電極器件的紫外響應(yīng)特性45-46
• 3.2 納米線陣列的橫向生長與橋接器件結(jié)構(gòu)46-51
• 3.2.1 納米線的橫向生長與光刻制備工藝46-47
• 3.2.2 納米線臺階處成核與生長演化的觀測47-49
• 3.2.3 ZnO納米線的橫向生長機制49-50
• 3.2.4 均勻的橋接結(jié)構(gòu)的納米線陣列探測器50-51
• 3.3 本章小結(jié)51-54
• 第四章 后工藝處理與器件特性的進一步提高54-60
• 4.1 去納米線處理與二次電極加固54-55
• 4.2 Cr電極器件的特性改善55-57
• 4.3 Ti/Au電極器件特性改善57-58
• 4.4 器件的統(tǒng)計均勻性58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-68
• 致謝68

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本文編號：684349