论文部分内容阅读
ZnO是一种宽禁带半导体材料,由于其独特的光电性能而被用于紫外探测和太阳能发电等应用领域。但是,对于更短波长的日盲紫外波段(200-280 nm)探测,ZnO的带隙宽度有点小(3.37 eV),常需外加滤波器来减小其它长波干扰。对此,常常利用元素掺杂构建合金材料来扩展其带隙,发现Mg元素掺杂ZnO可以实现较宽的带隙调节,可以很好的用来制作日盲紫外探测器。目前,ZnMgO日盲紫外探测器主要局限于薄膜二维材料,对基于一维ZnMgO日盲紫外探测器的研究却非常少。而且一维纳米线材料相比与二维薄膜材料具有很多特殊的性能,可以进一步提升器件的光电特性。因此,通过高温化学气相沉积法在Si02/Si衬底上制备ZnMgO纳米线,以通过Mg掺杂进一步扩展ZnO带隙宽度,以达到直接高效进行日盲紫外探测的目的。具体包括如下两部分:第一部分研究纤锌矿结构ZnMgO纳米线网的制备及其光电探测性能。利用MgO作为Mg源,制备出了低Mg掺杂的纤锌矿Zn0.93Mg0.070纳米线网结构,材料带隙扩展至3.35eV,相比与实验中制备的ZnO纳米线,带隙扩宽0.15eV。而且发现纤锌矿Zn0.93Mg0.07O纳米线在365 nm光照下的光响应要高于254 nm光,对此可以判定较低Mg掺杂的纤锌矿Zn0.93Mg0.07O纳米线不可用来制备高效的日盲紫外探测器。第二部分主要围绕混合相ZnMgO纳米线网的制备及其光电探测器性能研究开展。利用Mg2N3作为Mg源,制备出了高Mg掺杂的混合相Zn0.45Mg0.550纳米线网结构,材料的带隙扩宽至4.31 eV,具有很好的日盲紫外波段探测能力。在6 V偏压和254 nm光照下,混合相Zn0.45Mg0.550纳米线网日盲紫外探测器表现出超低暗电流(0.2nA),很高开关比(2.85×103),峰值响应度(0.48A/W)和外量子效率(234.2%),这种优异的性能可与其他ZnMgO薄膜紫外探测器相媲美。此外,通过仔细分析了该光电探测器的探测机制,发现混合相Zn0.45Mg0.55O纳米线网中纳米结和纤锌矿ZnMgO与立方结构ZnMgO间的异质结界面可能是导致该器件超低暗电流和高响应度的主要原因。