تهيه نانو ساختارهاي هيبريدي بر پايه اكسيدروي جهت ساخت و بهينه‌سازي فوتوديود

دكتري

يك فوتوديود نيم‌رسانا از پيوند دو نيم‌رسانا، يكي با آلايش نوع مثبت (داراي حفره‌هاي اضافي با بار مثبت) و ديگري نوع منفي (داراي الكترون هاي اضافي با بار منفي)، تشكيل شده است. زماني كه فوتوديود تحت تابش نور قرار مي‌گيرد، حامل‌هاي بار كه در غياب نور، انرژي كافي براي غلبه بر سد پتانسيل ناشي از عدم توازن بارها در دو قطب فوتوديود را نداشتند، با كسب انرژي از نور فرودي، بر سد پتانسيل غلبه كرده و جريان الكتريكي توليد مي‌كنند و با تبديل نور به سيگنال الكتريكي، آشكارسازي نوري انجام مي‌گيرد. در اين فرآيند انتخاب مناسب 3 جزء اصلي فوتوديود يعني زيرلايه، ماده حساس به نور و جنس الكترودهاي جمع كننده حامل‌هاي بار، به شكل چشمگيري در بهينه‌سازي پارامترهاي اساسي اين افزاره نقش دارند. در اين رساله پس از انتخاب سيليكان نوع مثبت به عنوان زيرلايه و اكسيدروي نوع منفي به عنوان ماده حساس به نور، از ساختارهاي هيبريدي جهت بهينه سازي پارامترهاي فوتوديود ناهمگن استفاده شد كه شامل اين موارد مي‌شود: 1) بهينه سازي يون آلومينيوم به روش شيميايي در ساختار اكسيدروي جهت افزايش صحيح حامل هاي بار در ساختار ZnO:Al 2) استفاده از لايه حاوي نقاط كوانتومي گرافن به صورت ساختار هيبريدي (ZnO:Al/GQD/ZnO:Al) جهت كاهش جريان تاريك افزاره و 3) بهينه سازي جنس الكترودهاي هيبردي جهت كاهش مقاومت تماسي فلز با نيم‌رسانا و افزايش بهره خروجي افزاره. پس از سنتز شيميايي و بهينه‌سازي تركيبات عنصري در محلول‌هاي مورد نياز لايه‌نشاني، محلولي با غلظت 1 مولار استات‌روي با آلايش 2 درصد اتمي آلومينيوم به علت خواص الكتريكي بهتر جهت ايجاد لايه حساس به نور انتخاب شد. به منظور ايجاد تماس‌هاي فلزي، با بررسي دقيق روابط فيزيكي حاكم بر ساختارهاي نواري نيم‌رساناها به ترتيب فلزات تيتانيوم، آلومينيوم و طلا (Au، Al ،Ti) روي ZnO لايه نشاني گرديد و با استفاده از طرح TLM دايروي كه از طريق ليتوگرافي نوري روي نمونه‌ها منتقل شده بود، مقاومت تماسي ويژه بين الكترودهاي فلزي و اكسيدروي، با دقت بسيار زياد اندازه‌گيري شد. پس از بازپخت نمونه¬ها در دماهاي مختلف، براي تاييد اهمي شدن تماس و همچنين يافتن بهترين دماي بازپختِ داراي مقاومت تماسي ويژه¬ كمتر، مشخصه‌يابي جريان-ولتاژ انجام شد. نتايج نشان داد كه ساختارهاي هيبريدي فلزي مورد استفاده در دماي بازپخت 350℃ كمترين مقاومت تماسي ويژه را از مرتبه Ω.〖cm〗^"2" 7-10 دارند. همچنين با بررسي مشخصه جريان-ولتاژ نمونه‌ها اين نتيجه حاصل شد كه فوتوديودهاي ساخته شده از محلول اكسيدروي با غلظت بهينه 1 مولار استات روي و 2 درصد ناخالصي آلومينيوم، تحت تابش فرابنفش، بهترين جريان نوري را از خود نشان مي‌دهند و نمونه‌هايي با لايه نقاط كوانتومي گرافن بازپخت شده در دماي بهينه 400 درجه سانتي‌گراد، اگرچه جريان نوري كم¬تري داشتند، اما جريان تاريك بسيار كوچكي از خود نشان دادند و نسبت سيگنال به نويز نمونه‌هاي داراي لايه نقاط كوانتومي در 2 ولت، در حدود 600 بوده است. همچنين زمان پاسخ¬دهي اين نمونه¬ها نسبت به نمونه‌هاي بدون نقاط كوانتومي گرافن 14 برابر كاهش يافت و تاثير لايه نقاط كوانتومي در قالب يك ساختار هيبريدي جهت افزايش سرعت پاسخ‌دهي به خوبي مشاهده شد.

191572

دانشگاه علم و صنعت ايران

اتمي مولكولي

دكتر بيژن غفاري