ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΦΩΤΟΑΝΙΧΝΕΥΤΙΚΩΝ ΕΤΕΡΟΔΙΟΔΩΝ ΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΥ ΣΕ Ν-ΤΥΠΟΥ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ ΠΥΡΙΤΙΟΥ ΓΙΑ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μελέτη των οπτοηλεκτρονικών χαρακτηριστικών των φωτοανιχνευτικών διατάξεων n^+ZnO/n-Si (100°C, 150°C, 200°C). Ειδικότερα, ως συνέχεια προηγούμενης έρευνας στο φωτοανιχνευτή n^+-ZnO/n-Si 150°C σκοπεύει στην διερεύνηση των ιδιοτήτων του σε τρεις νέες διατάξεις. Η πειραματική διαδικασία εκτελέστηκε στο εργαστήριο οπτοηλεκτρονικής του Ινστιτούτου Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας (ΙΘΦΧ) του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών (ΕΙΕ) υπό την καθοδήγηση της Δρ. Μαρίας Κάνδυλα. Η εργασία ξεκινά με ανασκόπηση χρήσιμων γνωσιακών πεδίων για την κατανόηση των λειτουργικών χαρακτηριστικών των διατάξεων, έπειτα αναλύονται οι διαδικασίες δόμησης και χαρακτηρισμού των φωτοανιχνευτών και τέλος παρουσιάζονται τα πειραματικά δεδομένα και τα τελικά συμπεράσματα. Κίνητρο της μελέτης αποτελεί η ανάγκη ανάπτυξης φωτοανιχνευτών που συνδυάζουν την ικανότητα ευρυζωνικής φωτοανίχνευσης στο φάσμα υπεριώδους (UV) - ορατής (Vis) - υπέρυθρης (IR) ακτινοβολίας με τη δυνατότητα επιλεκτικής ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Επιπρόσθετος στόχος είναι η δόμηση τους με οικονομικά υλικά και μεθόδους και η λειτουργία τους χωρίς εξωτερική τροφοδοσία. Πράγματι, οι ιδιότητες της ευρυζωνικής, επιλεκτικής και αυτόνομης φωτοανίχνευσης βρίσκουν πληθώρα εφαρμογών ενώ οι φωτοανιχνευτές ημιαγωγών πρωτοστατούν τεχνολογικά. Μεταξύ αυτών ξεχωρίζουν οι διατάξεις επαφών p-n καθώς επωφελούνται από το ενδογενές ηλεκτρικό τους πεδίο. Ιδιαίτερη κατηγορία ανιχνευτών ημιαγώγιμων υλικών αποτελούν και οι προς εξέταση διατάξεις. Τέλος, το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) και το πυρίτιο (Si) συνδυάζουν απορρόφηση στο υπεριώδες, ορατό και υπέρυθρο ενώ βρίσκονται σε αφθονία. Λεπτά υμένια ZnO εναποτέθηκαν σε υπόστρωμα Si με ατομική εναπόθεση και σε τρεις θερμοκρασίες θαλάμου (100°C, 150°C, 200°C). Επιπλέον, ZnO εναποτέθηκε σε εργαστηριακό γυαλί (n^+ZnO/Glass). Κατόπιν, μεταλλικές επαφές προστέθηκαν με θερμική εξάχνωση. Για τον χαρακτηρισμό του ZnO προσδιορίστηκαν το ενεργειακό του διάκενο και η ειδική του αγωγιμότητα. Έπειτα, μελετήθηκε η ηλεκτρική και η χρονική απόκριση των διατάξεων κατά την ακτινοβόλησή τους με πληθώρα φωτεινών πηγών. Οι μετρήσεις ρεύματος και τάσης φανέρωσαν τον ανορθωτικό χαρακτήρα της I-V καμπύλης των διατάξεων. Ταυτοχρόνως, έδειξαν την ύπαρξη θετικού φωτορεύματος στην μηδενική και στην ορθή πόλωση κατά την ακτινοβόληση με υπέρυθρη ακτινοβολία. Επιπλέον, οι αντίστοιχες ημιλογαριθμικές καμπύλες φανερώνουν την αλλαγή πολικότητας του φωτορεύματος στη μηδενική πόλωση. Κατ’ επέκταση, οι μετρήσεις φωτοτάσης - χρόνου με παλμική ακτινοβολία απέδειξαν την ικανότητα ανίχνευσης παλμοσειρών συχνότητας 4Hz-1kHz. Οι χρόνοι ανόδου και καθόδου των παλμών διερευνήθηκαν επίσης. Συμπερασματικά, μελετήθηκαν και συγκρίθηκαν οι οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες των τριών διατάξεων και αξιολογήθηκαν ως προς την εν δυνάμει εφαρμογή τους για φωτοανίχνευση.