无催化剂制备氧化锌纳米线及其光电器件性能的研究

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1、学号：S15020177无催化剂制备氧化锌纳米线及其光电器件性能的研究硕士学位(毕业)论文无催化剂制备氧化锌纳米线及其光电器件性能的研究李磊研究生姓名：李磊学科、专业：光学工程二○一八年三月分类号：密级：可公开UDC：编号：无催化剂制备氧化锌纳米线及其光电器件性能的研究RESEARCHONZnOGROWTHWITHOUTCATALYSTANDUVPHOTODETECTORPERFORMANCE学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：光学工程（080300）研究方向：光电探测申请学位级别：

2、硕士指导教师：李再金助理研究员研究生：李磊陆文强研究员论文起止时间：2017.08—2018.04摘要氧化锌（ZnO）是一种具有较大激子结合能（60meV）的直接宽带隙（3.4eV，室温下）的II-VI族半导体，特别是其纳米结构已经引起了全球的关注。响应速度和光暗电流开关比是基于氧化锌（ZnO）纳米线（Nanowire,NW）的紫外光电探测器的两个关键指标。在这里，我们发现ZnONW紫外光电探测器的响应速度和光暗电流开关比可以通过调整由无催化剂化学气相沉积工艺生长的ZnO纳米线的结构和密度来优化。ZnONW紫外光

3、电探测器的最佳性能的获取可以在3分钟（相比于之前最后恒温的30分钟）的生长时间内实现。经过优化生长后，ZnONW紫外光电探测器的光电响应上升时间为0.45s，衰减时间为0.06s，光电流与暗电流之比高达102。这是由纳米线之间的势垒高度以及纳米线之间的多通道结构导致的。纳米线-纳米线（NW-NW）结点势垒高度的快速调整增强了ZnONW紫外探测器的响应速度，而高的光暗电流比则归因于稀疏的ZnO分布以及多通道结构。同时，我们还进行了纳米金刚石（Nanodiamond）与氧化锌纳米线复合的试验，通过简便的方法使纳米金刚

4、石与氧化锌纳米线复合，大大提升了氧化锌基紫外光电探测器的各方面性能。我们相信这些工作将大大推动ZnONW在纳米电子学和光电子学中的应用。关键词：无催化剂氧化锌纳米线紫外光电探测器优化生长纳米金刚石ABSTRACTZincoxide(ZnO),aII-VIsemiconductor,whichisadirectwideband-gap(3.4eVatroomtemperature)materialwithalsoarelativelylargeexcitonbindingenergy(60meV),hasrecen

5、tlyattractedglobalinterest,especiallyinitsnanostructurestructure.Theresponsespeedandphoto-to-darkcurrentratioarecriticalindicatorsofZnObasedUVphotodetectors.Herewefoundtheresponsespeedandphoto-to-darkcurrentratioofZnOnanowireUVphotodetectorscouldbewelloptimiz

6、edbytuningtheentanglementanddensityofZnOnanowiresgrownonSiO2pillarsthroughacatalyst-freechemicalvapordepositionprocess.ThebestperformanceofZnOnanowirebasedUVphotodetectorscouldbeachievedatagrowthtimeof3min(Betterthantheconstanttemperaturetimeof30mininprevious

7、articles).Aftertheoptimizedperiodofgrowth,ZnOnanowireUVphotodetectorpresentsarisetimeof0.45sandadecaytimeof0.06s,withahighphotocurrenttodarkcurrentratioof102.Thefasttuningofnanowire-nanowirejunctionbarrierheightcontributestotheenhancedresponsespeedoftheZnOnan

8、owireUVphotodetectors,whilethehighphoto-to-darkcurrentratioisattributedtothesparseZnOdistributionandalsomulti-channelstructures.Atthesametime,wealsocarriedoutthenanodiamondandzincoxidenan