溶胶—凝胶法制备的MgxZn1-xO紫外探测器

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ZnO是一种II–VI族的宽禁带半导体材料,通过Mg的掺杂可以使其禁带宽度在3.3 e V到7.8 e V之间连续可调,由于在日盲区紫外探测方面具有广阔的应用前景,成为当前的研究热点。溶胶-凝胶法具有工艺过程简单,成膜均匀,便于掺杂的优点。因此本文利用溶胶-凝胶法制备了基于MgxZn1-xO的紫外探测器,研究了其光电特性,并通过引入缓冲层和表面修饰的方法提高其光响应特性,得到了以下结论:(1)沉积了一系列MgxZn1-xO(0≤x≤0.3)薄膜,并制备了金属-半导体-金属结构的紫外探测器,研究了Mg掺杂含量对薄膜质量和器件响应特性的影响。实验表明随着Mg掺杂含量的提高,薄膜吸收截止边逐渐向短波长移动,其禁带宽度相应的由3.27 e V增加至3.83 e V,但薄膜质量逐渐下降。同时,探测器的响应特性表明随着Mg掺杂含量的提高,器件光电流和暗电流随之减小,但响应速度明显提高。(2)在Mg0.3Zn0.7O深紫外探测器中引入了ZnO缓冲层。研究了高质量ZnO缓冲层对Mg0.3Zn0.7O薄膜的吸收谱和结晶特性以及探测器响应参数的影响。实验结果表明ZnO缓冲层的引入使Mg0.3Zn0.7O薄膜的紫外-可见光吸收谱有轻微的红移,但可以明显提高薄膜的结晶质量。同时ZnO/Mg0.3Zn0.7O探测器的I-V特性表明ZnO缓冲层的引入可以显著提高器件的光电流,改善其响应特性,在20 V偏压下将Mg0.3Zn0.7O探测器的响应度由0.035 A/W提高至0.63 A/W。(3)制备了石墨炔修饰的ZnO紫外探测器,研究了不同旋涂次数的石墨炔修饰对探测器性能的影响。实验结果表明,在365 nm紫外光(100μW/cm2)光照下,石墨炔修饰的ZnO探测器比未修饰的器件光电流提高4倍,暗电流下降70倍,同时探测器响应度和探测率也明显提高,其中旋涂2次的石墨炔修饰的器件特性为最优。在10 V偏压下,旋涂2次的石墨炔修饰的ZnO紫外探测器响应度高达1759 A/W,探测率高达4.23×1015 Jones,这是迄今为止报导过的溶胶凝胶法制备的ZnO紫外探测器探测率的最高值。
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