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ZnO是一种直接宽带隙的半导体材料(禁带宽度为3.37 eV),在室温下有很高的激子束缚能(60 meV),外延生长温度低,抗辐射能力强。通过Mg的掺入可实现禁带宽度从3.3 eV到7.8 eV可调的ZnMgO合金,ZnMgO作为优良的紫外光电材料,已经成为人们研究的热点,本论文在总结了ZnMgO薄膜及探测器的研究现状的基础上,开展了不同组分的ZnMgO薄膜生长、制备了ZnMgO紫外探测器件,并对其性能进行研究,主要研究工作如下:
(1)利用射频磁控溅射设备在石英衬底上制备了具有c轴择优取向的纤维锌矿ZnO薄膜,研究了薄膜的结构和光学特性,在此基础上制备了金属-半导体-金属(MSM)结构的ZnO光导型紫外探测器,对器件的性能进行了测试和研究。
(2)利用射频磁控溅射设备,采用传统单一陶瓷靶和叠靶共溅射两种方式在石英衬底上制备了不同Mg含量的纤维锌矿ZnMgO薄膜,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外/可见吸收和透射光谱等测试手段对样品进行了表征。在此基础上制备了MSM结构的ZnMgO光伏型紫外探测器,得到了一系列具有不同探测截止边(295 nm-370nm)的器件,并且对器件的性能进行了测试和研究。至今,采用射频磁控溅射方法实现ZnMgO紫外探测器件光响应截止边蓝移至295nm还未见报道。
(3)利用等离子体辅助的分子束外延设备,通过射频等离子体源激活NO气体使其成为活化的掺杂N源和生长O源,在蓝宝石衬底上获得了N掺杂的p型Zn0.76Mg0.24O薄膜,然后再在p型薄膜上生长一层高质量非特意掺杂的n型Zn076Mg0.24O薄膜,在国际上首次实现Zn0.76Mg0.24O同质结型紫外探测器件。Zn0.76Mg0.24O同质p-n结展示了来自于pn结的整流特性。研究了不同偏压下器件的光谱响应特性,并且对其瞬态响应特性进行了测量。
(4)搭建了基于ZnO基紫外探测器件性能的测量系统,并实现了对器件的光谱响应和暗电流等特性的测量。