异质结法提高zno微米线紫外探测器的性能

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1、分类号：密级：研究生学位论文论文题目（中文）异质结法提高ZnO微米线紫外探测器的性能ImprovingthepropertyofZnOmicrowire论文题目（外文）UVsensorusingheterojunction研究生姓名苏晨学科、专业材料科学与工程·材料物理与化学研究方向紫外探测器学位级别硕士导师姓名、职称秦勇教授论文工作起止年月2013年9月至2016年5月论文提交日期2016年5月论文答辩日期2016年5月学位授予日期校址：甘肃省兰州市原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人

2、已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复

3、制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。本学位论文研究内容：□可以公开□不宜公开，已在学位办公室办理保密申请，解密后适用本授权书。（请在以上选项内选择其中一项打“√”）论文作者签名：导师签名：日期：日期：异质结法提高ZnO微米线紫外探测器的性能中文摘要氧化锌（ZnO）是一种具有六方晶体结构的直接带隙宽禁带半导体材料，在室温下的禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV。由于价格低廉，制备简单，热稳定性高并且具有生物相容性，因此，它具有广泛的应用。近年来，基于ZnO材料的紫

4、外探测器取得了很大的进展。然而，由于ZnO材料具有氧空位和锌间隙等固有缺陷，导致大多数的紫外探测器响应、回复速度慢，开关电流比低，光电流稳定性差。因此，制备一种基于氧化锌材料的高性能紫外探测器具有重要的意义。针对如何提升ZnO基紫外光探测器的性能，研究者们从不同方面对探测器进行了改进，比如从接触类型上展开研究，利用肖特基接触来代替欧姆接触，紫外器件的灵敏度，响应、回复时间等性能得到明显的改善；比如选用两种合适的半导体来构造异质结以提升紫外器件的性能。研究结果表明，通过在ZnO材料表面包裹一层半导体材料，ZnO的表面态会被钝化，其禁带宽度也会被调整，复合材料的

5、紫外性能将会得到显著改善。本论文利用异质结以及表面钝化作用，通过在ZnO微米线表面修饰一层ZnS壳层，最终实现对ZnO微米线紫外探测性能的提升。硫化锌（ZnS）是一种属于Ⅱ-Ⅵ族半导体的直接带隙半导体材料，其能带结构与晶格常数和ZnO具有较好的匹配度，因此ZnS是在ZnO表面构建异质结的合理选择。在具体的实验中分别设计并制作了ZnO/ZnS异质结型紫外探测器和ZnO/ZnS场效应晶体管（FET）型紫外探测器。测试结果表明，在365nm波长紫外光照射下，异质结型紫外探测器的暗电流比单纯ZnO微米线的暗电流降低了4个数量级，其开关电流比提升至单纯ZnO微米线器件

6、的15132倍，并且其响应、回复时间分别达到1.7s和1.1s。构造FET型紫外探测器之后，器件暗电流降低为单纯ZnO微米线的1/1209。开关电流比增大为单纯ZnO微米线的253倍，并且其响应、回复时间分别缩短至6.6s和2.2s。关键词：紫外探测器，氧化锌，硫化锌，核壳结构，异质结IImprovingthepropertyofZnOmicrowireUVsensorusingheterojunctionAbstractBecauseofitswidebandgap(Eg=3.37eV),largeexcitonbindingenergy(60meV),l

7、owcost,easeofmanufacturing,highthermalstabilityandbiologicalcompatibility,ZnOisemergingasanexcitingnewmaterialforawiderangeofapplications.Especially,itdrawsagreatdealofattentionintheareaofultraviolet(UV)detection.However,theZnObasedUVdetectoralwayshasthedisadvantagesoflowrespondspe

8、edandpoorstabilityowingtot