ZnO基紫外探测器的制作与研究

利用新型的等离子体辅助金属有机化学气相沉积(P-MOCVD)系统在蓝宝石、硅等衬底上生长出具有单一c轴取向、高阻的ZnO薄膜,利用添加的等离子体发生装置,进行氮掺杂获得高阻ZnO薄膜。利用ZnO的宽禁带与高光电导特性,结合MSM(金属-半导体-金属)结构器件响应度高、速度快、随偏压变化小、工艺简单、易于单片集成等优点,制作了ZnO基紫外探测器,器件规格为80 μm×100μm,电极为叉指式电极。测试中采用500 W的氙灯做测试光源,探测器的Ⅰ-Ⅴ特性曲线显示;正向偏压下探测器的暗电流及光照电流与外加偏压呈线性增长。不同波长下的响应曲线显示:探测器对紫外波段有响应,响应峰值在375nm附近。     

ZnO基紫外探测器研究进展

近年来,直接带隙宽禁带半导体ZnO（3.37 eV）以其优越的光电特性而成为紫外探测领域研究中的新热点.文章介绍了不同类型的ZnO基紫外光敏探测器的结构和性能,并对ZnO基紫外光敏探测器的最新研究进展和应用前景进行探讨和展望.     

MSM结构ZnO紫外探测器的制备与性质

采用射频磁控溅射在石英衬底上制备了c轴择优取向的ZnO薄膜,利用蚀刻技术制备了MSM结构的光导型紫外探测器。在3V偏压下,器件的暗电流小于250nA,光响应峰值在370nm,响应度是0.34A/W。其紫外(360nm)与可见光(420nm)的抑制比为4个数量级。器件的光响应时间上沿仅为20ns。     

退火处理对ZnO纳米线紫外探测器性能的改善

通过介电泳方法定向排列了ZnO纳米线,制作了自组装有序的纳米线紫外探测器。为了适合在金叉指电极上排列,用水热方法设计生长了超长的ZnO纳米线,并通过700℃的热退火处理,使得可利用的表面缺陷增多。通过研究器件的光致发光光谱和光响应,发现光、暗电流比和响应恢复时间有显著提高,并分析了其中可能的机理。     

ZnO基紫外探测器研究进展

近年来，直接带隙宽禁带半导体ZnO（3．37eV）以其优越的光电特性而成为紫外探测领域研究中的新热点。文章介绍了不同类型的ZnO基紫外光敏探测器的结构和性能，并对ZnO基紫外光敏探测器的最新研究进展和应用前景进行探讨和展望。     

片上制备横向结构ZnO纳米线阵列紫外探测器件

将纳米技术与传统的微电子工艺相结合, 片上制备了横向结构氧化锌(ZnO)纳米线阵列紫外探测器件, 纳米线由水热法直接自组织横向生长于叉指电极之间, 再除去斜向的多余纳米线, 其余工艺步骤与传统工艺相同. 分别尝试了铬(Cr)和金(Au)两种金属电极的器件结构: 由于Cr电极对其上纵向生长的纳米线有抑制作用, 导致横向生长纳米线长度可到达对侧电极, 光电响应方式为受表面氧离子吸附控制的光电导效应, 光电流大但增益低, 响应速度慢, 经二次电极加固, 纳米线根部与电极金属直接形成肖特基接触, 光电响应方式变为光伏效应, 增益和速度得到了极大改善; 由于Au电极对其上纵向生长的纳米线有催化作用, 导致溶质资源的竞争, 相同时间内横向生长的纳米线不能到达对侧, 而是交叉桥接, 但却形成了紫外光诱导的纳米线间势垒结高度调控机理, 得到的器件特性为最优, 在波长为365 nm的20 mW/cm²紫外光照下, 1 V电压时暗电流为10^-9 A, 光增益可达8×10⁵, 响应时间和恢复时间分别为1.1 s和1.3 s.     

背入射Au/ZnO/Al结构肖特基紫外探测器

设计制作了一种Au/ZnO/Al结构的紫外探测器,光的入射方式采用背入射式。ZnO薄膜是用磁控溅射在蓝宝石衬底上制备的。I-V测试表明:Au与ZnO形成了肖特基接触。得到探测器的光响应峰值在352nm,截止边为382nm,可见抑制比达一个量级。由于该探测器是一种垂直结构器件,对于进一步实现ZnO紫外探测器阵列及单光子探测有很好的研究价值。     

ZnO单晶和BeZnO合金的生长及其紫外探测器研究

用分子束外延(MBE)的方法在c面蓝宝石衬底上生长出了高质量的ZnO单晶薄膜和Be_xZn_1-xO合金薄膜.X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,合金材料中Be元素的摩尔分数分别为1.8%、4.9%、8.0%和15.3%.在此基础上制备了ZnO基和Be_xZn_1-xO基的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器.ZnO单晶探测器的响应波长为375nm,在1V电压下,350nm处的光响应度高达43A/W,光电流和暗电流之比达到10⁵量级.在Be_xZn_1-xO基紫外探测器中,其截止响应波长随着合金中Be含量的增加逐渐蓝移,其中Be_0.153-Zn_0.847O合金探测器的截止响应波长为366nm,紫外波段和可见波段的光电流之比达到2~3个数量级,具有良好的信噪比.此外,提出了氧气等离子体表面处理降低探测器暗电流的方法,并使ZnO单晶探测器的暗电流降低了4个数量级.     

一维纳米氧化锌自驱动紫外探测器的构建与性能研究

本文通过化学气相沉积法制备了ZnO纳米材料, 利用扫描电镜、光致发光谱、X衍射光谱及拉曼光谱等方法对制备的材料进行了表征. 基于制备的单根ZnO线分别构建了三种不同结构的紫外探测器件: Ag-ZnO-Ag肖特基型、PEDOT:PSS/n-ZnO结型和p-Si/n-ZnO结型紫外探测器, 并对器件的性能进行了研究. 结果表明: 三种不同结构的器件都表现出良好的整流特性, 对紫外线均有明显的光响应; 在零偏压下, 都有明显的自驱动特性. 三种器件中, p-Si/n-ZnO型紫外探测器性能最为优异: 在零偏压下, 暗电流约在1.2×10^-3 nA, 光电流在5.4 nA左右, 光暗电流比为4.5×10³, 上升和下降时间分别为0.7 s和1 s. 通过三类器件性能比较, 表明无机p-Si更适合与ZnO构建pn结型自驱动紫外探测器.     

ZnO肖特基势垒紫外探测器

以p-Si(111)为衬底,用水热法首次制得六棱微管ZnO。并以此为有源区利用平面磁控溅射技术沉积得到Ag叉指状电极,从而制作了Ag/n-ZnO肖特基势垒结紫外探测器。对该紫外光探测器的暗电流和365nm波长光照下的光电流、光响应和量子效率进行了测试。测试结果表明:Ag和ZnO六棱管间已形成肖特基接触,其有效势垒高度为0.35eV。无光照时,暗电流很小,当用λ=365nm的光照射Ag/n-ZnO肖特基结时,在5,9V偏压时,光生电流分别为25.6,57.9μA。Ag/n-ZnO紫外探测器有明显的光响应特性和较高的量子效率,在366nm波长处,光响应度达到最大值0.161A/W,量子效率为54.7%。     

Direct ZnO X-Ray Detector with Tunable Sensitivity

Direct ZnO x-ray detectors with tunable sensitivity are realized by delicately controlling the oxygen flux during the sputtering deposition process. The photocurrents induced by x-rays from a 40 kV x-ray tube with a Cu anode increase apparently as the oxygen flux decreases, which is attributed to the introduction of V_o detects.By introducing V_o defects, the annihilation rate of the photo-generated electron-hole pairs will be greatly slowed down, leading to a remarkable photoconductive gain. This finding informs a novel way to design the x-ray detectors based on abundant oxide materials.     

ZnO薄膜的光抽运紫外激射

采用等离子体增强MOCVD方法生长出高质量的ZnO薄膜,并观察到了ZnO薄膜的光抽运紫外激射现象。在不同激发强度下进行了光荧光谱测量,发现紫外发光强度随着激发光强度的增加呈直线增强,证明此紫外发光峰来源于带边自由激子辐射复合。激发的激光器为3倍频YAG激光器,脉宽15ps,每秒10个脉冲。抽运光达到样品的光斑直径约为25μm,激射阈值为0．28μJ,利用光纤连接到CCD来探测接收激射光。在385～390nm之间的激射峰,其半峰全宽为0．03nm。所观察到的激射没有固定的方向,也就是说是往各个方向发射的。对于ZnO薄膜,由于我们并没有制作通常激光器的谐振腔,激射是通过晶粒强烈的散射导致的自形成谐振腔所产生的。     

空间低能离子探测器的紫外响应测试

在空间离子探测过程中,太阳紫外光也会进入探测器产生光污染信号。为了考察它对离子探测的影响,搭建了一套模拟太阳紫外光污染的地面测试系统,并对自主研制的空间低能离子探测器原理样机进行了紫外响应测试。实验结果表明:沿水平方向进入分析器的紫外光响应可以忽略,而以一定倾斜角进入分析器的紫外光响应计数率约为102~ 103 s−1。根据测试结果,估算出探测器对太阳紫外光的抑制率约为10−8,分析了紫外光污染对探测空间低能离子如质子和 粒子的影响。对于质子,由于其通量大,紫外光的影响不大。而对于通量较小的 粒子,紫外光的影响较大,需要进一步采取有效措施进行抑制。此外,本测试系统可以推广到其它空间粒子探测器的太阳紫外光污染的地面模拟测试。In the detection of space ions, solar ultraviolet (UV) can also enter the detector and generate a noise to the signal of ions. A testing system on the ground is built to test the UV response of detector. Experiments on a home-made principle prototype of space low-energy ion detector are carried out by using this system. The results show that the response of detector to the UV entering the electrostatic analyzer along the horizontal direction can be negligible and counts of the response to the UV along a bias direction are about 102 ~103 s−1. According to the measured results, the UV suppression ratio is estimated to be about 10−8 and the inuence of solar UV on the detection of space low-energy ions such as proton and alpha particle has been analyzed. For proton, the inuence is insigni cant due to its high ux. But for the low ux alpha particle, the inuence of solar UV is noticeable and further rejection is needed. In addition, this system can also be applied to test the UV response of other space particle detectors.     

Ultraviolet emission of ZnO film prepared by electrophoretic deposition

We deposited high quality ZnO film by electrophoretic deposition (EPD) using high quality ZnO powder prepared by solid-state pyrolytic reaction. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and the infrared (IR) absorption spectrum clearly indicate that the ZnO phase powder has been prepared. Transmission electron microscope (TEM) imaging and x-ray diffraction (XRD) show that the average grain size of the powder is about 20nm. XRD and selected-area electron diffraction (SAED) reveal that the ZnO film has a polycrystalline hexagonal wurtzite structure. Only a strong ultraviolet emission peak at 390nm can be observed at room temperature.     

紫外光激发下氧化锌纳米线的发光特性研究

室温条件下,用355 nm的激光激发氧化锌纳米线,测量了其发光光谱.观察到半宽度较小、峰值波长约382 nm的紫光峰和半宽度较宽、峰值波长约507 nm的绿光峰;两峰的发光强度随激发光功率密度的变化而变化,且均存在饱和效应,但各自的变化规律及饱和值的大小不同;紫光峰的中心波长随激发光功率密度的增加而发生了明显的红移.对两峰产生的机理、强度饱和值存在的原由、强度随激发光功率密度变化及紫光峰红移的起因进行了分析.     

远紫外光子计数成像探测器的感应电荷读出方法

为了满足空间远紫外波段成像高空间分辨率和高计数率的探测需求,阐述了光子计数成像探测器的感应电荷读出方法,用于对地球电离层进行远紫外波段遥感探测的成像光谱仪.研究了具有成形网路的电荷灵敏放大器各参数间的关系,从理论上分析了电荷灵敏放大器的上升时间及成形网络的成形时间常数对电荷读出噪声和探测系统计数率的影响,并建立了它们之间的定量关系.提出了电荷读出网络参数的设计和选取原则,并采用适合空间环境的分立电子元件研制出基于楔条形阳极光子计数式成像探测器的电荷读出电路.实验结果表明,所设计的感应电荷读取链路在成形时间为500 ns时链路等效输入噪声电荷约为230 e,电荷灵敏放大器上升时间小于8 ns,与建立的模型计算值有较好的一致性.在入射光强计数率86.2 kcps条件下,所测图像的空间分辨率达到7.13 lp/mm,满足空间远紫外波段成像光谱仪的使用要求.     

NiO/Ni纳米线阵列紫外光电探测器的设计

设计了一种基于MSP430的NiO/Ni纳米线阵列紫外光电探测器。选用MSP430F149单片机作为主控芯片,液晶显示器作为输出端口,具有高光电探测灵敏性的新材料NiO/Ni纳米线阵列为探头,制作了信号采集、信号处理转换以及显示于一体的NiO/Ni纳米线阵列紫外光电探测器。本文NiO/Ni光电探测器以实用、可靠为目的,为研制更完善的光电探测系统奠定良好的基础。