光電探測是獲取光信息的重要手段,在武器裝備、安全防護(hù)、信息通訊、醫(yī)療診斷以及家庭娛樂等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。然而,現(xiàn)有的商用光電探測器大多采用無機(jī)半導(dǎo)體作為探測靶面,硅基電路讀出信號;因?yàn)橹苽錅囟雀?探測靶面與讀出電路焊接工藝復(fù)雜而無法應(yīng)用在柔性電子器件中。近年來,采用低維納米材料在柔性基底上制備大規(guī)模光電探測陣列成為研究熱點(diǎn)。低維納米材料,如零維的量子點(diǎn),一維的納米線和二維的石墨烯等;以其高光電轉(zhuǎn)換效率,高頻響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出替代傳統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換靶面的潛力;此外,光電晶體管因其柵調(diào)制放大特性,用于替代傳統(tǒng)的光電二極管結(jié)構(gòu)。然而,由于界面缺陷以及能帶結(jié)構(gòu)不匹配,束縛了低維納米材料光電晶體管光響應(yīng)度的提升和探測噪聲的降低。本論文圍繞基于低維納米材料的光電晶體管,針對影響光電晶體管性能的關(guān)鍵因素,通過修飾材料間界面特性和能帶結(jié)構(gòu)提高光電晶體管的光電轉(zhuǎn)換效率、光電響應(yīng)度、光敏感度等光電性能;通過打印光電探測電路降低探測噪聲,輸出光電信號。具體的研究成果如下:1.將具有光局域效應(yīng)的氧化鋅（ZnO）納米線,與氧化鋅基薄膜晶體管結(jié)合,構(gòu)成紫外光電晶體管。通過對氧化鋅納米線/氧化鋅基薄膜復(fù)合溝道的激光退火,... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

非晶硅光電晶體管的結(jié)構(gòu)與特性

緒論4圖1.2硅基光電探測器件及電路然而，硅基薄膜晶體管采用塊體材料作為光電轉(zhuǎn)換靶面，由于硅的禁帶寬度限制了響應(yīng)波長，且電子遷移率較低、制備工藝苛刻、兼容性差需要獨(dú)立的外接電路讀取信號，光電探測單元與驅(qū)動電路的分離限制了光電探測電路系統(tǒng)的集成，也限制了工藝的簡化，更無法應(yīng)用在柔性電子器件領(lǐng)域。1.2.2金屬氧化物光電調(diào)制晶體管金屬氧化物薄膜晶體管因其較高的電子遷移率，高透明度，簡單低溫工藝成為有望取代硅基薄膜晶體管的下一代半導(dǎo)體器件。目前，韓國的三星和LG已經(jīng)在銦鎵鋅氧（InGaZnO,IGZO）薄膜晶體管的商用方向取得了重大進(jìn)展。與此同時，基于金屬氧化物薄膜晶體管的光電探測器件也受到了大量科研工作者的關(guān)注。金屬氧化物，包括氧化鋅（ZnO），銦鎵鋅氧（IGZO）等，作為寬禁帶半導(dǎo)體，部分氧化物在紫外和可見光波段具有一定的光敏特性，使得探測模塊與晶體管驅(qū)動模塊的集成成為可能。劍橋大學(xué)的ArokiaNathan教授課題組于2010年，報道了利用HIZO（HfInZnO）作為有源層材料的薄膜晶體管器件[20]，開關(guān)比可達(dá)107。此外，該器件在可見光波段也具有光電響應(yīng)的現(xiàn)象。然而，由于金屬氧化物薄膜中含有大量的氧空穴導(dǎo)致光電晶體管含有持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)，器件的光電流衰減較慢，需要添加外圍刷新電路保證器件的響應(yīng)頻率，器件的結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。

緒論5圖1.3基于HIZO的光電薄膜晶體管器件在2012年，來自三星研究院的SanghunJeon和Seung-EonAhn在NatureMaterisls上發(fā)表了基于IGZO和IZO雙層溝道在可見光波段的光電晶體管[21]，其結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。該光晶體管對波長少于550nm的可見光表現(xiàn)出了驚人的響應(yīng)度，達(dá)到了10000A/W。于此同時，通過外加信號刷新電路，該器件還響應(yīng)頻率可以達(dá)到1KHz以上。圖1.4基于IGZO和IZO雙層溝道的光電探測器件金屬氧化物光電晶體管因?yàn)榫哂辛己玫募珊图嫒萏匦�，且氧化物薄膜晶體管也表現(xiàn)出優(yōu)異的晶體管特性和大規(guī)模工業(yè)化的可能性而受到大量科研工作者的青睞。然而，受材料禁帶寬度的限制，該光電晶體管的響應(yīng)波長集中于可見光藍(lán)紫波段，紅外波段的光響應(yīng)無法實(shí)現(xiàn)；并且由于氧化物本身具有的持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)，嚴(yán)重影響器件的靈敏度，雖然可以通過外在刷新電路的設(shè)計進(jìn)行彌補(bǔ)，然而快速，高頻次的響應(yīng)依然很難實(shí)現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]紫外線的應(yīng)用、探測及其新發(fā)展[J]. 劉榴娣,倪國強(qiáng),鐘生東,王毅.  光學(xué)技術(shù). 1998(02)



本文編號：3212313