基于带隙渐变的合金纳米线基片的光电导探测器的研究.pdf

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1、基于带隙渐变的合金纳米线基片的光电导探测器的研究李志爽2015年1月中图分类号：UDC分类号：基于带隙渐变的合金纳米线基片的光电导探测器的研究作者姓名李志爽学院名称物理学院指导教师刘瑞斌副教授答辩委员会主席张向东教授申请学位理学硕士学科专业物理学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyonthePhotoconductivityCharacteristicsofIntegratedNanowire-chipwithGradedBandgapCandidateName：ZhishuangLiSchoolorDepartment:Ph

2、ysicsFacultyMentor:Prof.RuibinLiuChair,ThesisCommittee：Prof.XiangdongZhangDegreeApplied:MasterofScienceMajor：PhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获

3、得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要CdS和CdSe一维半导体纳米结构已成为光电探测领域的研究热点材料。通常，单一组成的半导体材料具有固定带隙，只对其带隙附近的光子能量具有很高的光响应。合金纳米线在单基片上的集成生长技术的突破，成功解决了不同带隙半导体材料集成到一起后的晶格不匹配问题，为实现宽光谱高灵敏探测提供了可能。本课题利用大尺度CdSSe三元合金半导体纳米线集成基片，优化了基底材料和电极

4、结构等条件的基础上，实现了宽光谱高灵敏探测大尺寸光电探测器，为利用微观纳米结构构建宏观高灵敏大尺度光电探测器奠定了理论和实验基础。具体工作如下：（1）本文采用条件可控的化学气相沉积法（CVD）方法在不同基底，如硅片、白云母上制备了组分/带隙渐变的CdSxSe1-x（x从0到1，带隙从1.7eV到2.4eV）纳米线集成基片。比较了其光电导性能的差异，发现白云母片做基底，整个基片具有更6高的明暗电流比，最大可达10。白云母基底有着不导电、易分层结构、价格低廉等多种优点，降低了光电探测器制备工艺的成本及难度。同时，考察了不同形状的铝电极：叉指电极和条形电极

5、对光电导性能的影响。不同电极形状、不同光照面积所产生的载流子数量及收集效率均有差异。通过电极参数的选择，最终发现宽度和间距均为0.5mm的叉指电极效果最佳。另外，基片上纳米线的有效厚度对光电导的性能有很大的影响，厚度70um时具有更好的光电导特性，并利用纳米线中缺陷态、载流子散射等理论对光电导变化情况给予了解释。（2）详细分析了该大尺度CdSSe合金纳米线基片的光电导性能，包括光谱响应和频率响应等特性。发现在400nm到700nm范围内，该大尺度探测器具有较均一的光谱响应。对其频率响应特性的研究发现其最高可以实现100Hz的脉冲光的响应，对其响应过程

6、中的时间常数进行了详细研究。（3）研究了低温下，单基片光电探测器温度相关的光电响应特性。低温下由于热噪声、载流子之间的散射减小，同时暗电流减小，光电流呈现出了升高趋势。首次给出了此类宏观尺度单基片探测器在低温下性能增强的情况。明暗电流比随温度降低而升高的特性保障了CdSSe单基片光电探测器在低温下具有更好的性能。本论文为利用微观结构制备宏观探测器提供新的途径，尽管纳米线基片上纳米线I北京理工大学硕士学位论文杂乱无章地互相搭接在一起，从照射点到电极要经过复杂的路径，但丝毫没有影响整基片的探测性能，甚至优于单根纳米线探测器几个数量级。且耐受偏压大，不宜损

7、伤。新型的高灵敏、宽光谱、大尺寸CdSSe纳米线单基片可以满足很多领域内的应用要求，替代现行的高成本的硅基探测器。关键词：CdSSe纳米线集成基片；光电导；宽光谱；低温；叉指电极II北京理工大学硕士学位论文AbstractAmongthesemiconductormaterials,CdSandCdSearethemostpromisingnew-typeone-dimensionalnanostructuresinthefieldofopticaldetection.Butdirectbandgapsemiconductornanowireswit

8、hacertainbandgaphasthemaximumresponseinthewavelengthne