ZnO纳米线紫外探测器的制作及其性能的研究

论文摘要

ZnO是一种六方结构的直接宽带隙半导体材料，在室温下它的禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，而且具有热稳定性高、对环境友好等优点，并且同其它材料相比，ZnO纳米结构具有各种各样的形状，并且能够采用多种不同的方法制备。因此，ZnO一维纳米线光电器件研制成为国际前沿中的一个研究热点。目前，基于ZnO纳米线的光电器件一般都采用垂直于衬底表面的结构或者平行于衬底表面的水平结构。但垂直结构通常要在纳米线之间填充绝缘物质来避免器件的短路，所以不能发挥出纳米线比表面积大等优点；而水平结构器件通常需要特殊的设备和工艺来制作，并且只能做单根纳米线器件。本论文就是探索了既能充分发挥纳米线的特点，又能采用相对简单的工艺制作纳米器件的方法，并制备出基于ZnO纳米线的水平结构紫外探测器，主要结果如下：1、采用水热方法，在光刻好的叉指电极间实现了ZnO纳米线的横向生长，制备出水平结构金属-半导体-金属（MSM）ZnO纳米线紫外探测器。叉指电极首先采用磁控溅射方法在玻璃衬底上生长ZnO薄膜作为籽晶层，然后通过lift-off的光刻工艺制备出梳状金电极。利用金属层的阻挡作用使ZnO纳米线在水热生长过程中只能横向生长，并把电极连接起来，从而形成ZnO纳米线探测器。通过对所制备的MSM结构纳米线探测器进行光谱响应和时间响应测试，发现探测器响应时间与纳米线的缺陷密切相关。2、采用介电泳的方法实现了ZnO纳米线在不同形状的金属电极上的定向排列。研究发现，在高频电场作用下ZnO纳米线一般都沿着电场力的方向进行排列，而且通过改变纳米线的浓度，可以控制电极间纳米线的数量。3、在光刻好的梳状Au电极上通过介电泳的方法制备出水平结构ZnO纳米线的MSM紫外探测器。由于Ag纳米粒子的修饰增大了ZnO纳米线表面的空间电荷区，从而提高了光生电子和空穴的分离效率。因此，通过对纳米线进行Ag修饰导致ZnO纳米线的响应度提高了大约两个量级,同时ZnO紫外探测器的响应时间也缩短了。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 氧化锌材料简介
• 1.2 ZnO 纳米器件的研究概况
• 1.2.1 ZnO 纳米材料在发光器件中的应用
• 1.2.2 ZnO 纳米材料在太阳能电池中的应用
• 1.2.3 ZnO 纳米材料在紫外激光器中的应用
• 1.2.4 ZnO 纳米材料在探测器中的应用
• 1.3 本论文的主要内容
• 第2章 ZnO 纳米材料的制备及表征方法
• 2.1 ZnO 纳米材料的制备方法综述
• 2.1.1 化学气相沉积法
• 2.1.2 水热方法
• 2.1.3 电化学沉积法
• 2.1.4 磁控溅射 ZnO 薄膜
• 2.2 ZnO 纳米材料表征和测试手段
• 2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析仪（EDS）
• 2.2.2 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.3 X 射线衍射（XRD）
• 2.2.4 光致发光（PL）测试
• 2.3 本章小结
• 第3章 侧向生长 ZnO 纳米线紫外探测器的研究
• 3.1 光刻技术
• 3.2 侧向生长 ZnO 纳米线探测器的制备
• 3.3 侧向生长 ZnO 纳米线探测器电学性质的表征
• 3.4 本章小结
• 第4章 电泳力作用 ZnO 纳米线排列及制备器件性能研究
• 4.1 介电泳方法的简介以及发展历程
• 4.2 电泳力排列 ZnO 纳米线
• 4.2.1 长 ZnO 纳米线的生长
• 4.2.2 采用介电泳的方法排列 ZnO 纳米线
• 4.3 电泳力制备 ZnO 纳米线紫外探测器性能研究及改善
• 4.3.1 制备 ZnO 纳米线探测器的实验过程
• 4.3.2 制备 ZnO 纳米线探测器的性能测试
• 4.3.3 银颗粒对 ZnO 纳米线紫外探测器性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢