ZrxTi1-xO2固溶体基紫外光电探测器的研制

紫外探测器论文 Zr_xTi_1-xO_2论文 肖特基势垒论文
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本论文的主要工作为TixZr1-xO2固溶体纳米薄膜和TixZr1-xO2固溶体纳米线阵列的制备,并以不同形貌的TixZr1-xO2纳米材料为基体材料制作了高性能紫外探测器。同时,对制作的紫外探测器的载流子输运机制、金半接触肖特基势垒高度及器件内部增益情况进行了详细的理论分析,取得了以下创新性结果:首先,采用溶胶凝胶法制备了不同Zr和Ti配比的TixZr1-xO2固溶体纳米薄膜,并利用XRD,UV-visble,AFM,SEM,XPS等手段对各个薄膜进行了表征。实验发现Zr的掺入不但改善了纯TiO2和纯ZrO2纳米薄膜的表面龟裂情况,还使TixZr1-xO2纳米薄膜的紫外吸收边发生了不同程度的蓝移,说明Zr的加入改变了复合材料的禁带宽度,为响应范围可调的紫外探测器的制备创造了条件。其次,以不同Zr和Ti配比的TixZr1-xO2纳米薄膜为基体材料制作了高性能的MSM型紫外探测器。实验发现,掺入少量的Zr可以大大提高器件的响应度,然而掺入多量的Zr时,器件的响应度虽然会下降,但是器件的响应范围会发生明显的蓝移,根据这一特点,有望制作深紫外日盲型紫外探测器。另外,实验讨论了不同金属电极、不同器件结构对器件性能的影响,并从理论上分析了MSM结构器件载流子的输运机制。同时,本论文首次提出了三极管模型解释MSM结构紫外探测器的增益机制。再次,为了优化基体材料结构,实验采用低温极性水解法直接在FTO透明导电玻璃上制备了TixZr1-xO2固溶体纳米线阵列,并采用XRD,SEM, XPS等方式对材料进行了表征,证明了本实验制备的材料为长度4μm、直径20nm、垂直衬底生长的TixZr1-xO2纳米线阵列。同时,本文对TixZr1-xO2纳米线的生长机制、生长速度及纳米线直径的控制等方面提出了相应的理论模型,为TixZr1-xO2纳米线基体在后续电子器件制作、相应半导体工艺研究及载流子输运机制的分析中打好基础。最后,本论文首次以TixZr1-xO2固溶体纳米线阵列为基体材料制备了Ag电极的单肖特基结紫外探测器,通过纳米线对少子的限域作用来减少载流子的复合,并对电子提供一维传输的导向作用,在基体材料上优化了器件性能。同时,本文通过三种方法详细计算了Ag/TixZr1-xO2接触的肖特基势垒高度,并对器件的载流子传输机制及内部增益情况进行了理论分析。
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