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氧化镓基纳米线网日盲紫外探测器件研究
摘要
日盲紫外探测技术在导弹预警与告警、紫外制导、舰载通讯等国防领域以及电网安
全监测、环境监控与生化检测、深空探测等民用领域都有极其重要的应用,是我国迫切
需求和重点发展的战略性技术。当前,世界军民用日盲紫外光电探测器的发展主要集中
在超灵敏、微型化、集成化等前沿领域。技术需求主要包括更强的信息探测能力、更快
的处理速度、更高的集成度、更小的体积、更好的可靠性和环境及抗辐射适应性等。在
战略应用方面,提高日盲紫外光电探测器的性能是研究重点。氧化镓(GaO)作为一
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种新型的宽禁带半导体材料,其禁带宽度高达4.2~5.3eV,直接对应于日盲紫外波段。
然而,纯的、未掺杂的GaO电子迁移率较低,制备出的GaO器件通常表现出较差的
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导电性,影响日盲紫外探测器的性能。一维纳米材料具有大的比表面积和较小的德拜长
Au
度,这些特性能带给器件优异的性能。现在流行的纳米线制备工艺都需要贵金属、
Pt、Sn等作为催化剂参与。然而,这些催化剂成本过高,并且会把金属污染带入合成
过程。因此开发简单、可控、低成本的氧化镓纳米线网制备方法以及制备出灵敏度高、
光响应时间快的日盲紫外探测器来满足不同应用领域的需求是目前亟待解决的问题,对
于其性能研究和应用开发具有重要意义。
具体研究内容如下:
1GaOCVDCVD
()提出一种自催化制备23纳米线网的方法。采用法自催化制备
出GaO纳米线网,研究了不同生长时间,压强,温度对GaO纳米线网的影响,研究
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了GaO颗粒在高温反应中自发沉积在光滑绝缘衬底上成核并各向异性生长成纳米线
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I/I103
的机理。该日盲紫外器件的光暗比(254nmdark)约为,响应上升时间和下降时间分
别为3.01s和0.12s,外量子效率(EQE)约为18.54%,响应度为0.038A/W,探测率
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为1.47×10Jones,分析了其光响应机理并探究了O气吸附过程对探测器性能的影响。
2
83I-t
此外,通过测试组相同生长条件的器件和同一器件个月之后的曲线,证明该器
件具有优秀的可重复性和时间稳定性。总之,自催化生长GaO纳米线网探测器制备工
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艺通过减少电、人工和生产成本,为通过自底向上的工艺制造大面积纳米级电子产品提
供了更优化的方法。
(2)提出一种阵列化制备ZnGaO纳米线桥并提高光响应性能的方法。为了提高
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日盲紫外探测器器件的光响应强度,在第四章通过三元掺杂的方法制备了ZnGaO纳米
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线网,并开发了一种阵列化制备ZnGaO纳米线桥的CVD法。在进一步对衬底进行阵
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哈尔滨工程大学博士学位论文
列化处理的过程下,使