發(fā)布時間：2018-06-15 02:52

  本文選題：紫外探測器 + ZnO納米棒陣列　； 參考：《浙江大學》2015年碩士論文

【摘要】：紫外探測技術是一項新型軍民兩用技術,在空間通訊、污染監(jiān)測、導彈羽焰探測以及生物醫(yī)學領域都有著廣泛的應用。相比于傳統(tǒng)的商用光電倍增管和硅基紫外探測器,基于第三代寬禁帶半導體材料的紫外探測器可避免使用復雜昂貴的濾光片,并且工作時無需冷卻即可實現(xiàn)對紫外線的探測,因此近來得到了人們的青睞。在眾多寬禁帶半導體材料中,一維氧化鋅(ZnO)納米材料具有物理化學性質穩(wěn)定、耐輻射、比表面積大、載流子遷移率高、制備方法簡單以及環(huán)境友好等特點,被認為是理想的紫外探測材料之一。但一維ZnO納米材料中存在較多的表面態(tài)和缺陷,易形成各類陷阱中心,導致納米ZnO基紫外探測器性能較差,限制了其實際應用。為了制備探測靈敏度高,響應速度快的納米ZnO基紫外探測器,本文從材料設計和結構設計兩方面入手,優(yōu)化納米ZnO基紫外探測器的性能。一方面,采用水熱法,通過摻雜不同元素(Cu、Sb),制備了ZnO基納米棒(薄膜)陣列,并在此基礎上分別制備了Cu摻雜的ZnO納米薄膜紫外探測器和Sb摻雜的ZnO同質結紫外探測器；另一方面,首次采用光化學沉積法制備了p-NiO/n-ZnO異質結紫外探測器,并對材料的生長機理及紫外探測器的性能做了深入研究。具體研究內容如下：1、采用水熱法和后續(xù)退火工藝制備了Cu摻雜ZnO納米薄膜基紫外探測器,研究了Cu摻雜對ZnO納米棒陣列的形貌以及紫外探測性能的影響,發(fā)現(xiàn)Cu摻入后,ZnO納米棒的長徑比明顯降低,且隨著摻雜濃度的增加,出現(xiàn)了從納米棒逐漸向薄膜轉變的趨勢；與未摻雜的ZnO納米棒陣列比較,Cu摻入后,紫外探測性能明顯提高,這主要歸因于摻入Cu引起的相關復合缺陷對電子的捕獲和去捕獲作用。2、通過低溫水熱工藝制備了Sb摻雜的p型ZnO納米棒陣列,并在FTO襯底上制備了p-Sb:ZnO/n-ZnO同質結納米棒陣列紫外探測器。采用X射線光電子能譜和二次離子質譜分析法證明了Sb的存在,電流-電壓曲線顯示出明顯的整流特性,且制備的同質p-n結納米棒陣列紫外探測器具有高達3300%的探測靈敏度和較快的響應速度。3、在上述工作的基礎上,首次采用光化學沉積法制備了蜂窩狀的p-NiO/n-ZnO異質結紫外探測器,通過改變生長條件調控形貌和器件的性能。研究現(xiàn),蜂窩狀NiO納米結構的形成與光化學沉積過程中ZnO納米棒陣列附近產生的OH-離子有關。制備的p-NiO/n-ZnO異質結具有明顯的整流特性,開啟電壓只有0.66 V,在365 nm紫外光照射下具有較高的靈敏度和較快的響應速度,明顯優(yōu)于ZnO納米棒陣列紫外探測器。NiO蜂窩狀的特殊形貌以及NiO和ZnO界面處形成的空間電荷區(qū)兩者共同作用,提高了探測器的性能。
[Abstract]:Ultraviolet detection technology is a new dual-use technology, which is widely used in space communication, pollution monitoring, missile plume detection and biomedicine. Compared with traditional commercial photomultiplier tubes and silicon based UV detectors, ultraviolet detectors based on the third generation wide band gap semiconductor materials can avoid the use of complex and expensive filters, and can detect ultraviolet rays without cooling. As a result, people have recently been in favor of it. Among the wide band gap semiconductor materials, one-dimensional zinc oxide (ZnO) nanomaterials are characterized by stable physical and chemical properties, strong radiation resistance, large specific surface area, high carrier mobility, simple preparation methods and environmentally friendly preparation. It is considered to be one of the ideal ultraviolet detection materials. However, there are many surface states and defects in one-dimensional ZnO nanomaterials, which are easy to form various trap centers, which leads to the poor performance of nano-ZnO based UV detectors, which limits their practical application. In order to prepare nanocrystalline ZnO based UV detectors with high detection sensitivity and high response speed, the performance of nanocrystalline ZnO based UV detectors was optimized from two aspects: material design and structure design. On the one hand, ZnO nanorods (thin film) arrays were prepared by hydrothermal method, and Cu-based nanorods (thin film) arrays were prepared by doping different elements, and Cu-doped ZnO thin film UV detectors and SB doped ZnO homojunction UV detectors were prepared respectively. On the other hand, p-NiO / n-ZnO heterojunction UV detectors were prepared by photochemical deposition for the first time. The specific research contents are as follows: 1. Cu-doped ZnO nanocrystalline UV detectors were prepared by hydrothermal method and subsequent annealing process. The effects of Cu doping on the morphology and UV detection properties of ZnO nanorod arrays were studied. It was found that the aspect ratio of ZnO nanorods decreased obviously with Cu doping, and with the increase of doping concentration, the nanorods changed from nanorods to thin films, and the UV detection performance of ZnO nanorods doped with Cu was improved compared with that of undoped ZnO nanorod arrays. This is mainly due to the electron capture and detrapping effect of the related composite defects caused by Cu doping. Sb-doped p-type ZnO nanorod arrays were prepared by hydrothermal process at low temperature. The p-Sb: ZnO / n-ZnO nanorods array UV detectors were fabricated on FTO substrates. The existence of SB was proved by X-ray photoelectron spectroscopy and secondary ion mass spectrometry, and the current-voltage curve showed obvious rectifying characteristics. The homogenous p-n junction nanorod array UV detector has a high detection sensitivity of 3300% and a fast response rate of .3.Based on the above work, the honeycomb p-NiO / n-ZnO heterojunction UV detector was prepared by photochemical deposition for the first time. The morphology and the performance of the device were controlled by changing the growth conditions. The formation of honeycomb nio nanostructures is related to the OH- ions produced near ZnO nanorod arrays during photochemical deposition. The p-NiO / n-ZnO heterojunction has the characteristic of rectifying, the switching voltage is only 0.66 V, and it has higher sensitivity and faster response speed under 365 nm UV irradiation. It is better than ZnO nanorod array UV detector. Nio honeycomb shape and the space charge region formed at the interface between nio and ZnO. The performance of the detector is improved.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN23

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 龔海梅,李向陽,亢勇,許金通,湯英文,李雪,張燕,趙德剛,楊輝;Ⅲ族氮化物紫外探測器及其研究進展[J];激光與紅外;2005年11期

2 呂惠民;陳光德;苑進社;;電極形狀與紫外探測器靈敏度關系的研究[J];光子學報;2006年07期

3 應承平;劉紅元;王建峰;;紫外探測器光譜響應及噪聲測量裝置[J];宇航計測技術;2008年01期

4 王銳;宋克非;;高精度紫外探測器輻射定標系統(tǒng)[J];光學精密工程;2009年03期

5 石吟馨;戴麗英;唐光華;;楔條形陽極紫外探測器綜述[J];真空電子技術;2011年06期

6 關永貴，，楊國偉，董亞強;紫外輻射與紫外探測器[J];紅外與激光技術;1995年02期

7 顧聚興;用于輻射計的紫外探測器[J];紅外;1996年12期

8 李凌亮;張福俊;王梓軒;安橋石;王健;徐征;;基于稀土配合物的有機光盲型紫外探測器(英文)[J];物理化學學報;2013年12期

9 陳亮;游達;湯英文;喬輝;陳俊;趙德剛;張燕;李向陽;龔海梅;;背照式GaN/AlGaN p-i-n紫外探測器的制備與性能[J];激光與紅外;2006年11期

10 陳亮;張燕;陳俊;郭麗偉;李向陽;龔海梅;;高性能背照式GaN/AlGaN p-i-n紫外探測器的制備與性能[J];紅外與激光工程;2007年06期

相關會議論文 前10條

1 孫權社;李艷輝;王建峰;;提高紫外探測器非線性測量動態(tài)范圍的技術研究[A];第十二屆全國光學測試學術討論會論文（摘要集）[C];2008年

2 李慧蕊;;新型的紫外探測器及其應用[A];面向21世紀的科技進步與社會經濟發(fā)展（上冊）[C];1999年

3 徐自強;李燕;謝娟;陳航;王恩信;鄧宏;;半導體紫外探測器及其研究進展[A];四川省電子學會傳感技術第九屆學術年會論文集[C];2005年

4 陳君洪;楊小麗;;紫外通信中探測器的研究[A];2008年激光探測、制導與對抗技術研討會論文集[C];2008年

5 季振國;杜鵑;范鎵;王瑋;孫蘭俠;何作鵬;;溶膠-凝膠提拉法制備日盲型紫外探測器[A];全國第三屆溶膠—凝膠科學技術學術會議論文摘要集[C];2004年

6 王蘭喜;陳學康;王云飛;郭晚土;吳敢;曹生珠;尚凱文;;納米金剛石薄膜紫外探測器研究[A];中國真空學會2008學術年會論文集[C];2008年

7 姜文海;陳辰;李忠輝;周建軍;董遜;;GaN MSM型紫外探測器[A];2007年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2007年

8 樓燕燕;王林軍;張明龍;顧蓓蓓;蘇青峰;夏義本;;CVD金剛石紫外探測器[A];第五屆中國功能材料及其應用學術會議論文集Ⅰ[C];2004年

9 陳君洪;楊小麗;;紫外光通信中幾種探測器的比較研究[A];中國電子學會第十五屆電子元件學術年會論文集[C];2008年

10 黎大兵;孫曉娟;宋航;蔣紅;繆國慶;陳一仁;李志明;;GaN基紫外探測器材料與器件研究[A];第十二屆全國MOCVD學術會議論文集[C];2012年

相關重要報紙文章 前1條

1 王蔚;比一粒米還小,“紫外探測器”可隨時報輻射強度[N];新華每日電訊;2007年

相關博士學位論文 前10條

1 張峰;4H-SiC基紫外探測器減反射膜的設計、制備及應用[D];廈門大學;2008年

2 謝峰;Ⅲ族氮化物半導體可見光盲及日盲紫外探測器研究[D];南京大學;2012年

3 谷學匯;聚合物表面修飾對紫外探測器性能影響的研究[D];吉林大學;2014年

4 張敏;低維半導體納米材料紫外光電性能的研究[D];吉林大學;2015年

5 張海峰;Zr_xTi_(1-x)O_2固溶體基紫外光電探測器的研制[D];吉林大學;2012年

6 張軍琴;寬禁帶半導體MSM結構紫外探測器的研究[D];西安電子科技大學;2009年

7 陳斌;碳化硅MSM紫外探測器結構優(yōu)化與溫度特性研究[D];西安電子科技大學;2012年

8 解艷茹;TiO_2基光電探測器的制備與性能研究[D];山東大學;2014年

9 張昊翔;硅基GaN薄膜材料及紫外探測器原型器件研究[D];浙江大學;2001年

10 高博;新結構GaN基p-i-n型紫外探測器及其光電特性研究[D];西安電子科技大學;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 張宣妮;紫外預警成像紫外探測器[D];中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所）;2006年

2 趙春雷;氧化鋅基紫外探測器的制備與研究[D];吉林建筑工程學院;2010年

3 戴文;納米ZnO基紫外探測器的制備與性能研究[D];浙江大學;2015年

4 王培利;ZnO紫外探測器的研究[D];電子科技大學;2008年

5 甘勇;納米TiO_2薄膜的制備及其光導型紫外探測器的初步研究[D];吉林大學;2005年

6 李杰;MSM結構紫外探測器的性能測試與研究[D];電子科技大學;2010年

7 王文杰;氧化鈦基光電子器件[D];鄭州大學;2010年

8 費永峰;TiO_2紫外探測器的制作及應用[D];吉林大學;2009年

9 解天驕;TiO_2紫外測試儀的研制[D];吉林大學;2012年

10 劉彩霞;新型TiO_2紫外探測器的研制[D];吉林大學;2005年

本文編號：2020269