PLD法制备n-ZnO/p-Si光电二极管及其性质研究

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光电子材料具有广阔的市场,成为近年来研究的焦点。ZnO/Si异质结能产生强的光伏效应,因此ZnO有望作为一种新的光电转换材料。同时ZnO材料制备工艺简单,性能稳定,在成本上有显著优势,因此ZnO在探测器领域具有巨大的应用前景。本文在Si衬底上沉积ZnO薄膜,制备n-ZnO/p-Si异质结光电二极管,研究器件的光电转换特性。ZnO薄膜用脉冲激光沉积方法(PLD)制备,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征薄膜的结构形貌。二极管的光电性质通过测量样品的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)曲线反映。研究表明,光电二极管的性能不仅受薄膜质量的影响,还与异质结的质量相关。较高温度下生长和退火处理的ZnO薄膜,虽然薄膜质量最好,但由于高温的热扩散,光电效应并不明显。生长在ZnO同质缓冲层上的样品比直接在Si上生长ZnO薄膜制备的样品性能好。反应室中充入氧气可以补充ZnO沉积过程中缺失的氧,但氧压太过会改变ZnO的能带结构,不利于异质结的光电性能。当用不同波长的光照射器件时,可见光可以穿过ZnO层,在p-Si一边的耗尽区产生电子-空穴对形成光电流,当反向电压增大到一定值时,光电流增大的速度变小。紫外光子在n-ZnO一侧耗尽层产生电子-空穴对,光电流随反向偏压有逐渐增大的趋势。利用宽带隙半导体ZnO的紫外响应特性和窄带隙半导体Si在可见—近红外的响应特性,有望研制出n-ZnO/p-Si异质结UV增强型光电探测器。
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