深圳大学 材料学院， 深圳市特种功能材料重点实验室， 广东省功能材料界面工程研究中心， 广东 深圳 518055
通过在直流等离子体喷射化学气相沉积（DC?PJCVD）法生长的多晶金刚石薄膜上制备Au叉指电极，构建了金属?半导体?金属（MSM）结构的日盲紫外探测器件。研究了不同光刻工艺对制备的金刚石探测器件性能的影响。结果表明，lift?off光刻工艺所制备的器件性能明显优于湿法光刻工艺器件，其Ilight提高了4.4倍，光暗电流比提高了6.8倍，在25 V电压下响应度提高了9倍，达到了0.15 A/W。在此基础上通过lift?off光刻工艺制备了Au、Ti、Ti/Au和Ag四种不同金属的叉指电极，对比了不同金属电极制备的金刚石紫外探测器件的性能差异。其中Ag电极由于存在势垒隧穿效应引起的增益，在四种电极中性能表现最佳，在25 V偏压下其Ilight高达0.21 μA，响应度提升到0.78 A/W，性能与已有报道的器件性能相当。与普通Au电极制备的器件相比，其光电流提高了5.2倍，光暗电流比提升了7倍，响应度提高了5.2倍。
金刚石薄膜 lift-off光刻工艺 Ag电极 日盲紫外探测器 diamond films lift-off photolithography Ag electrode solar blind ultraviolet detector
深圳大学 材料学院, 广东省功能材料界面工程技术研究中心, 深圳市特种功能材料重点实验室, 广东 深圳518060
采用化学气相沉积(CVD)方法在SiO2/Si衬底生长了ZnO纳米线阵列, 纳米线长约为15 μm, 直径为100~500 nm。通过改变溅射沉积时间(0~150 s), 在ZnO纳米线表面包覆了不同厚度的Pd薄膜。在Ar气氛中, 经800 ℃高温退火后, 制备出Pd颗粒表面修饰的ZnO纳米线阵列并对其进行了气敏测试。对于乙醇而言, 所有传感器最佳工作温度均为280 ℃。溅射时间的增加(3~10 s)导致ZnO纳米线表面Pd纳米颗粒数量及尺寸增加, 传感器响应值由2.0增至3.6。过长的溅射时间 (30~150 s)将导致Pd颗粒尺寸急剧增大甚至形成连续膜, 传感器响应度显著降低。所有传感器对H2均表现出相对较好的选择性, 传感器具有较好的响应-恢复特性和稳定性。最后, 探讨了Pd颗粒表面修饰对ZnO纳米线阵列气敏传感器气敏特性的影响机制。
气敏特性 ZnO纳米线 Pd颗粒 表面修饰 gas sensing ZnO nanowire arrays Pd particle surface decoration
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院, 浙江 舟山316022
3 东北师范大学 先进光电功能材料研究中心, 吉林 长春130024
在超过相变临界厚度的立方相Mg0.29Zn0.71O薄膜上制备了Au插指电极MSM结构探测器件, 30 V偏压下的峰值响应度可达27.9 A/W(268 nm), 对应的外量子效率为12900%。分析认为原位生长在立方相MgZnO薄膜上的极薄的结构相变层引入了高密度的界面态, 在立方相薄膜表面电极接触中起到了降低势垒、减小耗尽层宽度、增强电极注入电子的能力的作用, 使得器件形成高的光导增益。
立方MgZnO 深紫外探测器 光导增益 cubic MgZnO deep-ultraviolet photodetector photoconductive gain
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
3 东北师范大学 先进光电功能材料研究中心, 吉林 长春130024
为了实现MgZnO合金带隙全跨度调制, 利用低压MOCVD设备, 在c面蓝宝石衬底上采用MgO籽晶层和组分渐变缓冲层控制立方相MgxZn1-xO薄膜的生长, 获得了Zn组分达到0.7的单一立方相MgxZn1-xO薄膜, 把MgZnO合金带隙调制范围从MgO一侧扩展到了4.45 eV, 覆盖了整个日盲紫外波段。对比实验分析表明, 这种高Zn组分立方相MgZnO薄膜的生长得益于缓冲层晶格模板的结构诱导作用和适宜的生长温度(350~400 ℃)。 Mg0.3Zn0.7O基MSM结构紫外探测器响应峰位于270 nm, 截止波长295 nm。
立方MgZnO 缓冲层 带隙调制 cubic MgZnO buffer layer bandgap modulation
深圳大学材料学院 深圳市特种功能材料重点实验室, 广东 深圳518060
利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备立方结构MgZnO薄膜, 并研究MgZnO薄膜结晶特性、光学带隙随生长温度的变化情况。当生长温度从150 ℃升高到700 ℃时, MgZnO薄膜的生长取向由(200)向(111)转变。在600 ℃以下, MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与晶格中Mg和Zn原子比例的变化趋势是一致的; 而当温度升至700 ℃时, 虽然MgZnO晶格中Mg和Zn原子比例降低, 但由于平均晶粒尺寸变大, 薄膜的光学带隙反而上升。在300 ℃和700 ℃晶格匹配的情况下, 获得了单一(200)和(111)取向的立方MgZnO薄膜。
脉冲激光沉积 光学带隙 生长温度 MgZnO MgZnO pulsed laser deposition optical band gap growth temperature
深圳大学材料学院 深圳市特种功能材料重点实验室, 深圳陶瓷先进技术工程实验室, 广东 深圳518060
利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备了立方结构MgZnO薄膜, 研究了在不同Ar/O2气压比例条件下, 立方结构MgZnO薄膜的生长取向、光学带隙和Mg/Zn含量比例的变化规律。当固定氧气分压为2 Pa、通过注入惰性的Ar气使生长气压从2 Pa升高到7 Pa时, MgZnO薄膜的生长取向由(200)向(111)转变。当生长气压从2 Pa升高到6 Pa时, MgZnO薄膜光学带隙变窄。而当生长气压从6 Pa升高到7 Pa时, MgZnO薄膜光学带隙反而变宽。通过XPS数据分析, 不同生长气压下MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与薄膜Mg/Zn含量比例的变化规律不一致, MgZnO薄膜中Mg和Zn与O的结合情况的变化对薄膜的光学带隙也有影响。
脉冲激光沉积 紫外探测器 ZnO ZnO MgZnO MgZnO pulsed laser deposition UV detector
深圳大学材料学院 深圳市特种功能材料重点实验室, 广东 深圳518060
采用化学气相法分别在石英舟内表面和单晶硅衬底上制备了ZnO微米片、纳米线、微米四足体以及微米球4种结构, 并制作了相应的气敏传感器。扫描电子显微镜、气敏测试仪等结果显示: 合成的ZnO纳米/微米结构尺寸在200 nm~100 μm之间, 传感器最佳工作电流区间为120~130 mA, 其中微米四足体制备的传感器灵敏度高达127, 展现出优异的气敏特性。在4种结构中, 微米四足体材料内部的VO缺陷含量最高, 结合气敏测试与荧光光谱结果, 我们认为材料内部的VO缺陷含量是影响材料气敏特性的最重要因素。
化学气相法 气敏特性 缺陷含量 ZnO ZnO chemical vapor deposition gas sensing property defect content
1 中国科学院 激发态物理重点实验室, 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 长春理工大学 材料科学与工程学院, 吉林 长春130011
3 中国科学院 研究生院, 北京 100039
MgZnO合金具有可覆盖日盲紫外波段的禁带宽度和晶格匹配的单晶衬底, 是理想的日盲紫外探测材料。由于MgO和ZnO分属立方相和六角相, 分相问题使高质量单一相MgZnO难以获得。热处理是提高薄膜结晶质量的有效手段。利用MOCVD方法制备了单一立方相Mg0.57Zn0.43O合金薄膜, 研究了薄膜的退火行为对薄膜结构和光学性能的影响。研究发现, 450 ℃的原生样品经过550,650,750,850 ℃氧气氛退火后, 薄膜的结晶特性和表面形貌得到明显的改善。随着退火温度的增加, 薄膜吸收截止边逐渐蓝移, 带隙展宽。X光电子能谱分析发现, 随着退火温度增加, Zn含量逐渐减小, 这种现象被归结为组分蒸汽压的差异。在退火温度达到950 ℃时, 样品发生了分相, 出现了低Mg含量的六角相MgZnO。
MgZnO合金 热退火 表面形貌 晶粒尺寸 MgZnO alloy thermal annealing surface morphology grain size
