混合结构MgZnO日盲紫外探测器的器件工艺研究

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紫外日盲探测器在导弹预警、火焰探测等不同领域有广泛的应用。近几年内薄膜半导体材料因为其体积及功耗的优势经常作为日盲探测器的材料,如Ga2O3、Al Ga N、Si C等,其中MgZnO具备相对较高的响应度以及宽的可探测紫外范围,通过调整带隙能够覆盖整个日盲波段,且具有低的生长温度,是制作日盲紫外探测器的理想材料。根据近几年的研究发现,虽然MgZnO日盲探测器性能较高,但人们对MgZnO器件的工艺研究还相对较少,有报道称金属纳米颗粒的等离子体增强效应能够提高紫外探测器的响应度与信噪比,并且有研究显示Ag纳米颗粒对MgZnO日盲探测器有增强效果,但对Ag纳米颗粒制备工艺的研究还比较少,因此因此本论文针对MgZnO的Ag纳米颗粒修饰工艺以及电极制备工艺进行了研究。采用了旋涂法制备Ag纳米颗粒,并且研究了Ag纳米颗粒等离子体增强混相MgZnO日盲紫外探测器的性能;为了消除光刻过程中腐蚀液对MgZnO薄膜的影响,采用了lift-off光刻工艺制备MgZnO探测器的电极;同时还使用Ag、Al金属MgZnO日盲紫外探测器的电极,分别研究了电极制备工艺及不同电极材料对器件性能的影响。论文的主要研究内容及结果如下:1、采用旋涂法制备出了30nm直径的致密Ag纳米颗粒,并将Ag纳米颗粒修饰到MgZnO薄膜上,使用光刻工艺制备了MgZnO紫外探测器,探究不同旋涂层数与旋涂速度对Ag纳米颗粒修饰的MgZnO日盲紫外探测器性能的影响。发现分散更加密集的Ag纳米颗粒对MgZnO日盲紫外探测器有巨大增强,器件的响应度在240nm处达到了4.48A/W,是未修饰器件的90倍;暗电流在25V的偏压下仅为3.78n A,与无修饰器件相比差距不大;其最大光暗电流比达到了3.85×105,比未修饰Ag纳米颗粒的器件提高了近3个数量级。2、探索了完整的lift-off光刻工艺,并且研究了湿法光刻工艺与lift-off光刻工艺制备电极对MgZnO日盲紫外探测器的器件性能的影响。由于lift-off光刻工艺避免了金属腐蚀液对器件的影响,采用lift-off光刻工艺制备电极的探测器器件在235nm处的响应度最高为2.85 A/W,在近紫外区域大概290nm处的响应度最高达到了4.9 A/W,器件的响应度在深紫外235nm处提升了19倍,并且在近紫外区域提升了13.6倍,器件的最大光暗电流比达到了2735,比湿法光刻的样品提高了1个数量级。3、使用lift-off光刻工艺分别制备了Ag电极修饰的MgZnO探测器与Al电极修饰的MgZnO探测器,并研究了不同金属电极对MgZnO日盲紫外探测器的器件性能的影响。由于Ag与MgZnO薄膜之间的势垒高度较低,采用Ag金属电极的MgZnO日盲紫外探测器在紫外光照射下内增益效应较大,Ag电极修饰的MgZnO日盲紫外探测器在260nm处的响应度达到了14A/W,比Au电极修饰的器件提升了2.86倍,且在25V的偏压下的光暗电流比达到了1417,比同电压下Au电极修饰的器件提高7.6倍左右;虽然Al跟MgZnO之间的势垒高度也比较低,但是由于在制备过程中不可避免的产生氧化层,所以Al电极修饰的器件性能反而有大幅度下降。
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