氧化鋅納米陣列紫外探測增強效應研究.pdf

1、基于低維納米材料的光電探測尤其是紫外探測領域，具有高性能、低成本、低功耗等特點，是納米光電子材料與器件領域的研究熱點。一維氧化鋅（ZnO）納米線陣列能夠兼顧響應度和響應時間，同時可以結合納米材料的屬性和薄膜器件加工工藝，展現出良好的應用前景。但是，納米線的晶體質量和合理的器件設計，仍是決定ZnO納米紫外探測的關鍵因素。因此，本論文著眼于高性能ZnO納米線陣列紫外光電探測器的設計、制備和表征，研究工作主要圍繞著兩個方面展開：ZnO納米陣列

2、的可控制備，探索不同實驗條件對ZnO納米陣列生長的影響，以及ZnO納米陣列的尺寸調控規律；制備單根ZnO納米線紫外探測器件，采用Ag貴金屬修飾方法研究等離子體共振效應對其紫外光電探測性能的增強效應，并進一步推廣到ZnO納米線陣列器件上，實現了Ag納米顆粒修飾增強型ZnO納米陣列紫外探測，探討局域表面等離子體效應對ZnO紫外響應增強機理。本文主要開展了以下方面的研究：
　　1．分別采用溶液法和化學氣相沉積法，在氮化鎵（GaN）基底上

3、實現了ZnO納米陣列的可控制備，并確定了優化工藝條件。首先采用溶液法制備ZnO納米陣列，詳細探討了反應物的濃度、反應溫度、反應時間、種子層以及GaN晶體結構對ZnO納米陣列的影響；為了進一步實現ZnO納米陣列的可控制備與形貌優化，采用化學氣相沉積法，分別探索了Au催化劑的厚度、反應物的總量和反應過程中系統的真空壓力這三個實驗因素對產物形貌的影響。此外，通過化學氣相沉積法，并根據VLS和VS生長機制的競爭關系，實現了ZnO納米片和納米帶的

4、合成。
　　2．采用XRD、SEM、TEM、PL光譜和拉曼散射等測試手段，分析了化學氣相沉積法所制備的ZnO納米陣列，結果顯示所制備的ZnO納米陣列具有較高的結晶質量，較大的比表面積，在空氣中晶體表面具有氧氣離子吸附?；诖竺娣e垂直生長的ZnO納米陣列，我們設計了兩種結構的紫外光電探測器，分別測試了其紫外光響應性能。分析發現，表面氧離子對ZnO納米陣列的性能具有重要影響。相對于PMMA包覆的器件A，有氧離子參與的器件B響應度提升1

5、61％，開關比提高29倍，響應時間從3.8 s降低至0.32 s，恢復時間更是從33.72 s降低至3.02 s，各項性能指標均得到大幅提高。
　　3．利用化學氣相沉積法，制備了超長的ZnO納米線，并基于此構筑了單根ZnO納米線的紫外光電探測器，對比研究Ag納米顆粒修飾后ZnO納米線紫外探測性能的變化規律，提出Ag納米顆粒的局域表面等離子體效應增強ZnO紫外光電探測性能機理模型。進一步構筑了Ag納米顆粒局域表面等離子體效應增強型Z

6、nO納米陣列紫外探測器，器件的響應度從81.25 A/W提升至176.5 A/W，響應時間從320 ms降低至80 ms（偏壓5 V）。研究表明，器件性能的提升，主要來源于Ag納米顆粒修飾后的金屬-半導體異質結和局域表面等離子體共振效應。此外，該類型器件可在1V偏壓的非飽和狀態快速響應，器件的響應時間縮短至1.13 ms，恢復時間為1.57 ms，響應度為48 mA/W。
　　以上的研究結果顯示了局域表面等離子體共振效應，可以大幅