MgZnO基有机/无机复合紫外光探测器的研制

摘要

紫外光探测器被广泛的用于环境监测、火焰探测、导弹预警以及空间传输等领域。MgZnO基紫外光探测器由于MgZnO材料的优点受到了人们的广泛关注。然而由于MgZnO材料稳定的P型掺杂难以实现，只能制备单一结构器件，这阻碍了MgZnO探测器的发展。近些年，有机紫外探测器由于其制备简单，成本较低，性能良好，得到了快速的发展。然而有机电子传输材料比有机空穴传输材料的载流子迁移率小的多，适合于有机紫外探测器的电子传输材料较少，这限制了有机紫外光探测器的发展。
　　本文针对这两种类型器件的不足，提出了以MgZnO材料为基础，选择不同的有机空穴材料，制备了基于MgZnO和有机空穴传输材料的有机/无机复合型紫外光探测器，通过优化条件，研制出了性能比较优异的器件。主要研究工作如下:
　　1.在石英ITO衬底上制备了Mg0.07Zn0.93O/NPB有机/无机复合紫外光探测器，研究了NPB厚度对于器件性能的影响。NPB70 nm的探测器的器件性能最好，器件的响应域为300-400 nm，响应峰为340 nm，数值为0.192 A/W。在-2 V的工作电压下，器件的光暗电流比为1.2×105，具有很高的信噪比。器件的探测率为5.3×1012 cmHz1/2W-1，器件实现了对UV-A紫外光的探测。
　　2.在石英ITO衬底上制各了Mg0.1Zn0.9O/PVK有机/无机复合可见盲紫外光探测器，研究了Mg0.1Zn0.9O层厚度以及PVK层厚度对于器件性能的影响。结果表明当PVK厚度为30nm时，提高Mg0.1Zn0.9O层的厚度，器件的暗电流降低，光暗电流比提高，器件的光电性能得到改善。当Mg0.1Zn0.9O厚度为150 nm时，器件的光电性能呈现出了一个随着PVK厚度增加先提高后降低的趋势。PVK厚度为60 nm的器件的光电性能最好。器件的响应峰为346 nm，数值为0.114 A/W。在-2 V的工作电压下，器件的光暗电流比为4.4×102，探测率为2.9×1011 cmHz1/2W-1。
　　3.选取ITO电极与PEDOT:PSS和A1复合电极，制备了基于Mg0.1Zn0.9O的肖特基紫外光探测器，研究了两种不同电极结构对于Mg0.1Zn0.9O肖特基紫外探测器性能的影响。结果表明，PEDOT:PSS和A1复合底电极结构的探测器的性能更加优异。器件具有一个较宽的响应光谱，在250-340 nm区域的响应超过了0.1A/W，最大响应为0.156 A/W，峰位为340 nm，-4 V的光暗电流之比为1.4×103，器件实现了对UV-B紫外光的良好探测。通过计算，我们还获得了器件的理想因子以及肖特基势垒的高度，分别为1.5和0.72 eV。
　　4.用分子束外延和热蒸发制备了Mg0.19Zn0.81O/TAPC有机/无机复合紫外光探测器。研究了ITO透明底电极与PEDOT:PSS和Al复合透明底电极对于探测器器件性能的影响。由于PEDOT:PSS的紫外透射率更高，用PEDOT:PSS和Al作为底电极的器件对于短波的响应性能更好，器件实现了对日盲区紫外光的探测。该器件具有宽带响应的特性，响应区域从200 nm到360nm。器件具有两个响应峰值，一个在314 nm处，一个在247 nm处，峰值响应分别为0.159 A/W和0.147 A/W，其相对应的探测率为1.2×1011 cmHz1/2W-1和1.12×1011 cmHz1/2W-1，器件在-5 V工作电压下的光暗电流之比为84。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 紫外光电探测器的应用

1．2 紫外光电探测器的发展状况

1．3 MgZnO材料的性质和MgZnO紫外光探测器

1．3．1 MgZnO材料的性质

1．3．2 MgZnO紫外光探测器的研究进展

1．3．3 MgZnO紫外光探测器存在的问题

1．4 有机紫外光探测器

1．4．1 有机紫外光探测器的原理和结构

1．4．2 有机紫外光探测器的研究进展

1．4．3 有机紫外光探测器存在的问题

1．5 选题意义和本文的主要研究内容

参考文献

2 MgZnO／NPB紫外光探测器的制备和性能研究

2．1 引言

2．2 器件的制备

2．2．1 衬底的清洗

2．2．2 Mg0．07Zn0．93O薄膜的生长

2．2．3 NPB薄膜的生长

2．2．4 电极的制作

2．3 实验结果与分析

2．3．1 薄膜的吸收光谱

2．3．2 器件的I-V特性

2．3．3 器件的光谱响应特性

2．4．4 器件的探测率

2．5 本章小结

参考文献

3 MgZnO／PVK紫外光探测器的制备和性能研究

3．1 引言

3．2 器件的制备

3．3 实验结果与分析

3．3．1 薄膜的吸收光谱

3．3．2 Mg0．1Zn0．9O薄膜厚度对于器件性能的影响

3．3．3 PVK层厚度对于器件性能的影响

3．4 本章小结

参考文献

4 MgZnO肖特基紫外光探测器的制备和性能研究

4．1 引言

4．2 肖特基结光电探测器的工作原理

4．3 PEDOT：PSS的光电性能

4．4 Mg0．1Zn0．9O肖特基探测器的制备

4．5 本章小结

参考文献

5 MgZnO／TAPC紫外光探测器的制备和性能研究

5．1 引言

5．2 器件的制备

5．3 实验结果与分析

5．3．1 吸收光谱和透射光谱

5．3．2 不同结构器件的光电性能

5．4 本章小结

参考文献

6 总结

作者简历

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