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摘要随着科学技术的发展，以氧化镓纳米晶为代表的第三代半导体材料在光电探测器领域受到了广泛关注。本实验使用液相激光烧蚀法制备氧化镓纳米晶，采用聚（甲基丙烯酸甲酯），丙酮和氯化铁水溶液等药品将生长在铜箔上石墨烯转移到硅片上。使用真空蒸镀法为附着有石墨烯的硅片镀上电极。石墨烯中央旋涂一层氧化镓纳米晶，然后制作成光电探测设备。利用透射电子显微镜、荧光分光光度计分析氧化镓纳米晶的表征，并利用光电探测器光谱响应度定标系统对探测器的性能进行了响应度测试。结果表明，氧化镓纳米晶的最佳激发波长处于 240nm 到 400nm 之间，波段范围属于深紫外到紫光波段，且掺杂金属元素也有利于提高光电探测器紫外波段的响应度。但探测器在精确度和灵敏度还有稳定程度方面仍然有待改进。 50082
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毕业论文关键词 氧化镓 纳米晶 石墨烯 紫外探测器
Title Preparation and performance of gallium oxide Nano-crystal photodetector
Abstract With the development of science and technology, Gallium oxide Nano-crystal which represents the third-generation semiconductor materials is now widely concerned. Gallium oxide Nano-crystal were synthesized under pulsed laser ablation during the experiment. Transfer the graphene from copper to silicon slice by using Poly(methacrylic acid methyl ester), acetone and ferric chloride solution.Prepare the photodetector by vacuum evaporation . Transmission electron microscopy, fluorospectrophotometer were used to characterize the nanoparticles. We used spectroscopy responsivity measurement system to characterize the performance of detectors .It turns out that Optimal excitation wavelengths of gallium oxide Nano-crystals range from 240nm to 400nm which belongs to the range of Deep ultraviolet to violet. Metallic element does enhance the responsivity of the photoelectric detectors. Sensitivity, precision and stability of the detector still remain to be improved.
Keywords Gallium oxide Nano-crystal Graphene Photodetector
目次
1引言..1
1.1氧化镓纳米晶光电探测器简介.1
1.2氧化镓的结构性质.2
1.3氧化镓纳米晶的制备方法...2
2实验..4
2.1氧化镓纳米晶的制备...4
2.1.1实验设备及药品4
2.1.2实验过程及方法4
2.2石墨烯大面积转移...4
2.2.1实验设备及药品4
2.2.2实验过程及方法5
2.3氧化镓纳米晶光电探测器的制备...5
2.4实验结果表征...6
2.4.1透射电子显微镜6
2.4.2光致发光7
2.4.3光电探测器光谱响应度定标系统..7
3结果与分析..9
3.1氧化镓纳米晶的透射电镜分析...9
3.2氧化镓纳米晶的光致发光图谱分析...9
3.3氧化镓纳米晶光电探测器性能测试.15
结论21
致谢22
参考文献..23
1 引言 1.1 氧化镓纳米晶光电探测器简介 材料与能源以及信息是现代文明的三大支柱，促进社会的发展，科学的进步。随着纳米晶概念的发现和提出以及纳米技术的飞速发展，纳米材料的研究在各个领域都具有良好的前景。纳米材料的发展使得各种光电学器件发生了翻天覆地的变化。纳米材料由于其不同的禁带宽度，可以直接改变器件的耐压，耐温或者测量范围，所以其在光电探测器方面的研究一直具有很高的研究价值。 纳米晶体是尺寸大小为纳米级的晶体或者具有晶体结构的纳米尺寸颗粒。纳米是长度单位，1纳米等于10-9米。自从纳米晶粒的概念被提出，纳米晶粒的制备技术获得了跃进式的发展，短短的数十年已研发出了不同粒径大小的纳米晶的制备方法。相对于传统的材料，纳米材料因为其尺寸的更小，其性能也具有一定特殊性，具体表现在比表面积，尺寸效应等各个方面。这些特殊性也正是纳米材料目前如此炙手可热的原因。 20世纪50年代，对元素硅的研究在半导体器件领域取得了突破性进展，并一度成为半导体器件不可或缺的制备材料。迄今为止，硅仍然在光电学领域发挥重大作用[1-2]。但是由于其禁带宽度窄的特性，限制了其在光电学发展的极限。经过了 30年的陆续研制，硅的发展似乎已经在光电学中达到了顶点，人们亟需新的材料来突破这一屏障。20世纪90 年代，砷化镓等材料进入了大众的视野，他们的出现推动了新一批光电器件的问世[3-5]。 以氧化镓为代表的金属氧化物等材料作为第三代半导体材料，是近期各领域研究的热门。氧化镓（Ga2O3）是一种宽禁带半导体，Eg=4.9eV[6-9]，对应波长正好处于紫外波段[10]，其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。目前，大规模运用于军事和探测行业的紫外探测器多以光电倍增管和硅二极管为主。但是工作效率低下以及实习操作中无法保证其高额的工作电压是限制紫外探测器大规模应用的主要原因[11-15]。在目前已知的可用于半导体器件的材料中，源Z自-751+文/论^文]网[www.751com.cn Ga2O3是一种宽带隙的金属氧化物半导体材料，在半导体器件特别是光电学器件方面有广阔的应用前景。现在已有的许多半导体材料的绝缘层都使用的是 Ga 基氧化物，另外，由于其特殊的最佳激发波长，氧化镓还被广泛利用与紫外线滤光片方面。 Ga2O3纳米晶不仅拥有良好的光学性能，还具有优良的气敏传感性[16]。氧化镓材料在800℃~1000℃对氧气感应灵敏，在 500℃~700℃，对氢气等还原性气体感应灵敏。可用来制作氧气或者氢气化学探测器。根据光电探测器的原理，高响应度和高灵敏度是提高光电探测器性能的两个指标。需要扩大耗尽层，使光生电子空穴对尽量发生在耗尽层内。对光电探测器涂层是一种有效改善光电探测器性能的手段，根据涂层不同，产生的效果也不尽相同。目前主要的涂层是金属氧化物涂层和石墨烯以及石墨烯变体的涂层。Ga2O3纳米晶附着于石墨烯涂层上。纳米金属氧化物和传统石墨烯薄膜的结合产物，理论上会使得禁带宽度进一步增大，光电探测器性能也应该取得更大的进步