光学精密工程2024,Vol.32Issue(5) :643-652.DOI:10.37188/OPE.20243205.0643

Ga掺杂ZnO微米棒紫外光探测器的制备与特性

Fabrications and characteristics of Ga-doped ZnO microrods ultraviolet photodetectors

袁兆林 吴永炜 余璐瑶 何剑锋 徐能昌 汪雪元 路鹏飞
光学精密工程2024,Vol.32Issue(5) :643-652.DOI:10.37188/OPE.20243205.0643

Ga掺杂ZnO微米棒紫外光探测器的制备与特性

Fabrications and characteristics of Ga-doped ZnO microrods ultraviolet photodetectors

袁兆林 1吴永炜 2余璐瑶 2何剑锋 1徐能昌 2汪雪元 1路鹏飞1
扫码查看

作者信息

  • 1. 东华理工大学 信息工程学院,江西 南昌 330013;东华理工大学 软件学院,江西 南昌 330013;江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心,江西 南昌 330013
  • 2. 东华理工大学 信息工程学院,江西 南昌 330013
  • 折叠

摘要

为了获得高性能和低成本的氧化锌(ZnO)基紫外光探测器,使用Ga掺杂ZnO(ZnO∶Ga)作为光敏层,采用水热法合成了不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒,Ga与Zn的原子比分别为0%(未掺杂),0.5%,1%,2%和4%.使用X射线衍射仪(XRD)测试所有样品的晶体结构,发现它们都为六方纤锌矿结构的ZnO.采用扫描电子显微镜(SEM)观察它们的形貌,都呈现棒状结构.进一步,制备叉指图案氟掺杂的氧化锡(FTO)导电玻璃基底,将不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒分别涂覆在FTO上,得到5种简单结构的紫外光探测器,系统研究了它们的性能.结果表明:所有ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器对365 nm紫外光表现出良好的响应.其中,1%Ga掺杂ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器性能最佳,经计算,在365 nm波长处,它的响应度、增益和比探测率分别为13.13 A/W(5 V),44.63(5 V),3.31×1012 Jones,响应时间和衰减时间分别为12.3 s和36.4 s.说明在ZnO微米棒中进行合适Ga掺杂能有效提高紫外光探测器的性能.该研究有助于基于ZnO∶Ga材料的紫外光探测器及相关器件发展.

Abstract

To achieve high-performance,low-cost zinc oxide(ZnO)-based ultraviolet photodetectors,uti-lizing Ga-doped ZnO(ZnO:Ga)as the photosensitive layer is key.This study synthesized ZnO:Ga microro-ds with varying Ga doping concentrations(0%[undoped ZnO],0.5%,1%,2%,and 4%)using a straightforward hydrothermal method.The atomic ratios of Ga to Zn were meticulously adjusted.Initial analyses revealed that all samples possessed the hexagonal wurtzite ZnO structure,as confirmed by X-ray diffractometry(XRD).Scanning electron microscopy(SEM)showed that the microrods maintained a con-sistent rod-like morphology.Subsequently,these microrods were applied to fluorine-doped tin oxide(FTO)glass substrates with interdigital patterns to construct five ultraviolet photodetectors.Their perfor-mance was thoroughly evaluated,demonstrating that all devices efficiently responded to 365 nm light.No-tably,the photodetector with 1%Ga-doped ZnO microrods achieved superior performance,delivering a responsivity of 13.13 A/W,a gain of 44.63,and a specific detectivity of 3.31×1012 Jones at 365 nm.Its re-sponse and decay times were recorded at 12.3 s and 36.4 s,respectively.These findings suggest that an op-timal Ga concentration can significantly enhance the performance of ZnO-based ultraviolet photodetectors.This research contributes valuable insights for the development of advanced ultraviolet photodetectors and related devices utilizing ZnO:Ga materials.

关键词

紫外光探测器/镓掺杂氧化锌/微米棒/水热法/响应度

Key words

ultraviolet photodetector/Ga-doped ZnO/microrods/hydrothermal method/responsivity

引用本文复制引用

基金项目

国家自然科学基金(11865002)

江西省自然科学基金(20212BAB201003)

江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心开放基金(JETRCNGDSS202209)

东华理工大学博士科研启动基金(DHBK2019214)

江西省研究生创新研究基金(YC2021-S624)

江西省研究生创新研究基金(YC2023-S591)

出版年

2024
光学精密工程
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会

光学精密工程

CSTPCD北大核心
影响因子:2.059
ISSN:1004-924X
参考文献量39
段落导航相关论文