GaN纳米线的制备及其光电探测器研究

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GaN作为直接宽带隙(Eg=3.4eV)半导体,具有高电子迁移率,耐高温,抗辐射等优点。纳米材料一方面具有对应宏观材料的优良物理化学性质;另一方面,由于纳米材料的晶体周期性条件被破坏而表现出一系列要优于相应宏观材料的性质。基于这些性质我们可以更容易的制备出性能更好的器件。为了提高GaN纳米线的质量,GaN纳米线的生长规律等关键因素还有待进一步研究;同时,基于GaN纳米线的半导体器件仍处于研究阶段。本论文主要对GaN纳米线的制备以及基于GaN纳米线的器件进行了一定的研究,最后对微弱紫外光信号检测的前置放大电路进行了设计,主要结论如下:1.以Ni为催化剂,通过化学气相沉积的方法制备了 GaN纳米线。通过对各种关键生长条件的控制,探讨了不同生长条件下不同形貌的纳米线的生长机制。通过对生长温度的研究,结果表明,温度从低到高的过程中,纳米材料由以气-液-固(VLS)生长机制为主导的轴向生长逐渐向以气-固(VS)生长机制为主导的侧向生长转变。通过对生长时间的研究,结果表明,随着生长时间增加,纳米材料由以VLS生长机制为主导的轴向生长逐渐向以VS生长机制为主导的侧向生长转变。其轴向生长逐渐减慢,侧向生长逐渐加速。通过对反应气流的研究,结果表明,当NH3流量较小的时候,Ga的蒸发量比NH3的分解量大,Ga/N的比例不平衡,导致GaN纳米线的产量很低;当NH3流量变大的时候,可以发现GaN 一维纳米线变短变粗。2.以GaN纳米线作为有源区,以Ag纳米线作为透明电极,制备了全纳米金属-半导体-金属(MSM)型光电探测器。在空气条件,3V偏压下,光/暗电流比达到了 78倍。探测器在空气中的上升时间和下降时间常数分别为τon=2.8s,τoff=0.2s。3.研究了 GaN纳米线的退火与否对器件性能的影响并解释了其中的机理。在3V偏压真空环境下,退火之后的探测器相较于退火之前的上升时间减短了39.9%。同时,探测器的暗电流在1V偏压的下由退火前的6.1×10-7A降低到退火后的 2.6×10-7A。4.对紫外探测的相关工作做了一些相关研究,给出了一种前置放大电路并对其进行了仿真。
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