基于铜铁矿材料紫外探测性能研究

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光电探测器将光辐射转换成电信号,根据探测波段的不同,可以分为紫外探测器,红外探测器,和宽波段探测器等。紫外光电探测器因具有较高灵敏度和快速的时间响应,得到了广泛关注。宽禁带半导体材料辐射耐受性强、热导率大、击穿电场强度高、电子迁移率高、化学稳定性好,已经成为制备紫外探测器件的主导材料。二维p型铜铁矿材料禁带宽度大于可见光子能量上限3.11 e V,依赖空穴导电。其中的CuGaO2微米片禁带宽度3.7 e V;不同元素(Zn/Cr)对其进行掺杂能够提高空穴浓度,调谐光学性质;CuGaO2微米片与Zn O微米线晶格匹配,构造p-n结能够提高器件性能。因此本文主要对CuGaO2微米片的探测性能进行研究,具体研究内容如下:(1)利用水热法制备CuGaO2微米片,Zn掺杂CuGaO2微米片,Cr掺杂CuGaO2微米片,以及CuGaO2微米片/Zn O微米线异质结。分别运用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱分析(XPS),X射线能谱分析(EDS)对材料性能进行表征和分析。(2)Zn掺杂CuGaO2微米片紫外探测性能研究。在Si衬底上使用金属掩膜版结合磁控溅射工艺制备紫外光电探测器,对比CuGaO2微米片和Zn掺杂CuGaO2微米片/Zn O微米线异质结的紫外探测性能。结果表明,由异质结制备的探测器响应率是CuGaO2微米片的4倍,其灵敏度是CuGaO2微米片的23倍。(3)Cr掺杂CuGaO2微米片宽波段探测性能研究。在Si O2/Si衬底上利用紫外光刻制备电极完成器件制备。在三种不同波长(365 nm/620 nm/940 nm)光照下,测试器件的光电流,灵敏度和响应率。结果显示三种波长光照下器件的光电流值均明显高于暗电流,且对光照的响应速度快(毫秒级),说明Cr掺杂CuGaO2材料适用于宽波段探测。(4)Cr掺杂CuGaO2微米片紫外探测性能增强研究,利用Ag纳米粒子的局域表面等离子体共振效应增强探测器性能。在Si O2/Si和石英衬底上使用Ag纳米粒子修饰Cr掺杂CuGaO2微米片/Zn O微米线异质结。对比发现Ag纳米粒子修饰之后的探测器具有最突出的光电性能,其响应度数值达到174.9 m A/W。因此,CuGaO2微米片可以作为紫外和宽波段光电探测器的候选材料,这为新型光电器件的设计提供了新的思路。
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