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MgZnO材料由于带隙调制范围宽(3.36 eV~7.8 eV,370~159 nm),对可见光具有陡峭截止等优点,使其紫外探测器具有更高的探测灵敏度。此外,该材料有匹配的生长衬底(ZnO或MgO),再加上生长温度低,其缺陷密度明显低于GaN基材料。本论文采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法实现了单一立方结构的、Mg组分在0.50-0.70范围调节的MgZnO薄膜生长,其吸收边可在220-260 nm之间调制。在此基础上,实现了不同截止波长的MgZnO太阳盲紫外探测器。
具体研究内容如下:
(1)利用MOCVD方法,在较低温度下实现了单一立方相MgZnO薄膜生长,Mg组分可在0.50-0.70之间调节。打破了美国科学家用PLD方法获得Mg≥0.55立方MgZnO薄膜的限制,使材料的带隙得到了扩展。
(2)开展了金属-半导体-金属(MSM)结构的MgZnO紫外探测器件制备。对器件性能进行了测试和研究,实现了器件光响应截止波长边从225 nm至287 nm范围的太阳盲探测器,这一结果国际上还未见报道。
(3)开展了原生长立方相Mg0.55Zn0.45O薄膜的热退火对薄膜结晶质量研究。随退火温度的提高,薄膜中与Zn相关的点缺陷明显降低,并在750℃退火时可以显著提高Mg0.55Zn0.45O薄膜的晶体质量,薄膜出现了原子级平滑的表面。这一结果为进一步研究薄膜中点缺陷的扩散行为、产生机制和实现高质量MgZnO单晶薄膜奠定了基础。
(4)利用MOCVD设备在石英衬底上生长ZnO薄膜并对其结构和光学特性进行研究,开展了MSM结构的ZnO光导型紫外探测器研究。