【摘 要】
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紫外光电探测器已广泛用于环境监测、光学成像、火焰传感、远程控制和光波通信。传统光电倍增管器件由于其结构复杂、体积太大、能耗很高等缺点已无法满足人们的日常需求。宽带氧化物半导体由于其良好的带隙宽度和光电效应在光电应用中引起了广泛的关注。同时,宽禁带氧化物只在紫外波段有吸收,对可见光几乎没有吸收,能够有效屏蔽可见光所带来的影响,是制备紫外探测器的首选的材料。现阶段TiO2、Ga2O3、Sn O2、Zn
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紫外光电探测器已广泛用于环境监测、光学成像、火焰传感、远程控制和光波通信。传统光电倍增管器件由于其结构复杂、体积太大、能耗很高等缺点已无法满足人们的日常需求。宽带氧化物半导体由于其良好的带隙宽度和光电效应在光电应用中引起了广泛的关注。同时,宽禁带氧化物只在紫外波段有吸收,对可见光几乎没有吸收,能够有效屏蔽可见光所带来的影响,是制备紫外探测器的首选的材料。现阶段TiO2、Ga2O3、Sn O2、Zn O等宽禁带氧化物,凭借其优异的物理化学性质,以及便利的制备方法,在紫外探测领域有着重要的应用价值。然而,宽禁带半导体的载流子寿命低、激子寿命短、材料内部缺陷多这些问题导致单一材料所制备的器件无法满足高性能紫外探测器的要求,所以高性能紫外探测器的制备成为现在炽手可热的话题。随着人们生活的发展,各领域对紫外光电探测器的性能提出了更高的要求,研发暗电流低、响应速度快、能进行日盲区探测的器件已然成为主流方向。因此,对材料进行的能带工程改造或者探索新型材料,已成为紫外探测技术领域研究的流行方法。本论文围绕稀土元素Yb在紫外光电探测器中的应用,主要开展了以下研究工作:首先制造了带有Au叉指电极的Yb掺杂TiO2紫外光电探测器。由于TiO2自身物理化学性质的限制,禁带宽度仅为3.2e V,吸收边接近350 nm,只能用于可见盲检测,所以通过掺杂Yb可以使Yb3+进入TiO2的晶格,由于氧化镱更大的禁带宽度,镱掺杂形成多金属氧化物,有利于从能带工程的角度调整材料的物理化学性质,增大材料的禁带宽度,实现更多紫外光的有效日盲检测。在5 V偏置电压下,探测器的暗电流小于1n A。在紫外辐射下,当Yb的掺杂浓度为5%时,器件的光暗抑制比达到了3.64 x 10~3,并且恢复时间从1.4秒下降到了0.65秒。其次制造了带有Au叉指电极的Yb2O3紫外光电探测器,这是首次将Yb2O3应用于紫外探测器领域。氧化镱是一种宽带隙半导体氧化物,其禁带宽度为4.9e V,同Ga2O3有着相同的禁带宽度,所以可以通过制作Yb2O3紫外光电探测器来实现对紫外线的日盲检测。实验采用了传统的溶胶凝胶法和旋涂工艺,在石英片上得到了分布均匀的纳米颗粒,直径在18 nm左右,并且Yb2O3纳米薄膜成膜性良好,表面没有皲裂。之后进行了一系列表征和性能测试,响应恢复时间均为0.1 s左右,暗电流达到了纳安级别以下,并且紫外吸收波长在280 nm以下,实现了紫外线的日盲探测。本文通过稀土元素的掺杂和应用新型材料两种方法制作了紫外光电探测器。有效改善了现有器件在暗态和紫外光照射下的性能,在日盲探测方面的优势尤其突出。这为人们对日盲型紫外光电探测器的研究提供了新的思路。
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