摘要
氧化锌（ZnO）作为一种直接带隙半导体，具有宽带隙（室温下约3.37eV）、多样化和合成方法简单、对环境友好、高机械强度、优良的热稳定性等特点，使学者对ZnO的研究兴趣一直在增加。但是，基于ZnO的紫外光电探测器，仍然存在体积小、光响应电流低、响应速度慢、难以操作和测量等不足。本文利用化学气相沉积法，探究不同生长参数（温度、压力、生长衬底）对ZnO结构的影响，并选取三种不同结构（直线、鱼骨、三明治）ZnO制成紫外光电探测器，探究其光电性能变化规律及作用机制，为优化此类光电探测器的光电性能提供理论和实验支持。 基于化学气相沉积法，通过改变生长温度（900℃、950℃、1000℃、1050℃），ZnO的宽度随温度升高而减小，同时，在宽度方向上，鱼刺成核区也会随温度发生改变；改变生长压力（1mbar、5mbar、7mbar、10mbar），在1mbar下，鱼刺成核区出现在ZnO宽度方向上，7mbar下成核区完全消失，10mbar成为杂乱无章结构；在950℃、7mbar条件下，将生长衬底由Si更改为蓝宝石/GaN，不同的生长衬底由于晶格失配，会对核的横向生长产生影响。 利用光刻技术、电子束蒸发技术，将制备得到的直线形ZnO、鱼骨状ZnO分别制成光电探测器。直线形ZnO光电探测器在2V偏压、365nm（2.26μW/cm2光功率密度）紫外光照下，响应度为5.07×106A/W，外量子效率为1.73×107％，比探测率为1.44×1015Jones，响应时间为746.83ms，恢复时间为847.36ms。鱼骨状ZnO光电探测器在365nm照射（2.56μW/cm2光功率密度）、2V偏压下光电探测器响应度为8.4×108A/W，外量子效率为6.60×108%，比探测率为7.63×1015Jones，响应时间为527.20ms，恢复时间为475.00ms。鱼骨状结构比单根线结构拥有更高的比表面积，使得能够吸收到ZnO表面上的氧气数量更多，光电性能提升。 在950℃、7mbar、生长衬底由Si更改为蓝宝石/GaN的条件下，利用旋涂法制备得到p-GaN/ZnO纳米线/ZnO薄膜三明治异质结紫外光电探测器。在2V偏压、365nm（520μw/cm2光功率密度）条件下，光电探测器的响应时间和恢复时间分别为41.83ms和43.21ms，相比于直线形ZnO光电探测器（响应时间和恢复时间分别为746.83ms和847.36ms）、鱼骨状光电探测器（响应时间和恢复时间分别为527.20ms和475.00ms），响应速度提高了10倍以上。得益于Ag电极与ZnO薄膜之间的表面等离子体共振、形成p-GaN/ZnO异质结、光的利用率的提升，响应速度提高。
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