【摘 要】
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紫外（UV）探测技术几乎不受环境背景噪声影响,在生物分析、发射器校准、空间探测等方面得到了广泛应用,而紫外光电传感器是其核心。当今,紫外光电传感器多基于单原子硅、Ⅲ族氮化物和金属氧化物材料。硅和Ⅲ族氮化物成本高、制备工艺复杂,发展受到限制。宽带隙金属氧化物半导体材料,如ZnO、SnO2等二元氧化物和Zn Ga2O4、ZnSnO3等三元氧化物,对紫外光也具有良好的UV光敏性能;且其物化性质稳定、制备
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紫外（UV）探测技术几乎不受环境背景噪声影响,在生物分析、发射器校准、空间探测等方面得到了广泛应用,而紫外光电传感器是其核心。当今,紫外光电传感器多基于单原子硅、Ⅲ族氮化物和金属氧化物材料。硅和Ⅲ族氮化物成本高、制备工艺复杂,发展受到限制。宽带隙金属氧化物半导体材料,如ZnO、SnO2等二元氧化物和Zn Ga2O4、ZnSnO3等三元氧化物,对紫外光也具有良好的UV光敏性能;且其物化性质稳定、制备成本低、可见光区透光率高,因此成为紫外光电检测器领域的研究热点。三元氧化物结构稳定,可通过改变其组成灵活地调节氧化物的功能而受到广泛关注。UV光敏材料ZnSnO3兼具ZnO和SnO2的优点,应用前景广阔,但其光电性能易受制备工艺的影响。本课题以Na OH为沉淀剂、HTMA为有机功能添加剂,分别用共沉淀法和水热法合成了高纯度的Zn Sn（OH）6颗粒。SAEM和TEM分析表明,所合成的Zn Sn（OH）6前驱体为多晶立方体,高温处理后其所对应的ZnSnO3半导体材料为非晶结构。实验对比表明,由水热法途径所获得ZnSnO3的光电性能比共沉淀法的好,因此本研究针对前者所获得ZnSnO3的光电性能进行了重点研究。此外,ZnSnO3的性能可通过其Zn Sn（OH）6前驱体灵活控制,这一点通过Mg2+离子掺杂Zn Sn（OH）6得到证实,基于水热法得到的Mg掺杂物光电性能得到显著提高:Zn0.9Mg0.1SnO3光电传感器的光暗电流比为10715（偏压3.3 V,UV:2.46 m W/cm~2）,响应及恢复速度分别为4 s和9 s,显示出良好的线性度和稳定性。对此进行机理研究认为,基于氧空位的差异性,在ZnSnO3中形成光诱导同质结,抑制光生电子和空穴的复合是其具有良好光电性能的原因。紫外光电传感器用于成像时,需要构成阵列,并提供适配的读出电路。本研究在光电性能测试的基础上,建立了Zn0.9Mg0.1SnO3紫外光电传感器的2×2阵列模型,为其设计了包括电容反馈跨阻放大器（CTIA）型读出、相关双采样的CMOS读出电路。基于0.25μm 1-poly 5-metal工艺进行仿真,阵列完整读出所需时间为80μs,电路能准确转换10 n A–16μA的光电流,运放功耗815.5μW。仿真结果表明,设计的读出电路能够快速完成2×2传感器阵列电信号的读出,且功耗较低。
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