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鉄ドープZnOナノロッド構造を用いた紫外光検出器の作製
Fabrication of Ultraviolet Photodetectors Based on Fe-Doped ZnO Nanorod Structures.
PMID: 32664396 DOI: 10.3390/s20143861.
抄録
本論文では、コーニングガラス基板上に100nm厚の酸化亜鉛(ZnO)膜を高周波マグネトロンスパッタリング法によりシード層として成膜し、低温溶液法によりシード層を被覆した基板上に垂直に整列したFe添加ZnO(FZO)ナノロッド(NR)アレイを成長させた。FZO NRアレイは600℃でアニールし、電界発光走査型顕微鏡(FE-SEM)とX線回折スペクトル(XRD)分析を用いて特徴付けを行った。FZO NRは、良好な結晶質と六方晶ウルツァイト構造を有する好ましい(002)配向に沿って成長した。378nmの紫外(UV)ピークは、フォトルミネッセンス(PL)発光による鉄ドーピングに伴う赤方偏移現象を示した。さらに、金属-半導体-金属(MSM)構造をベースとしたFZO光検出器(PD)をフォトリソグラフィー法により製造することに成功した。その結果、純ZnO NRと比較して、FZO NRは紫外光検出器としての優れた感光性と高速な立ち上がり/減衰時間を示すことが明らかになった。調製した純ZnOとFZO PDの感度は、印加バイアスが3Vの場合で43.1、380nmの紫外光照射の場合で471.1であった。
In this paper, 100 nm-thick zinc oxide (ZnO) films were deposited as a seed layer on Corning glass substrates via a radio frequency (RF) magnetron sputtering technique, and vertical well-aligned Fe-doped ZnO (FZO) nanorod (NR) arrays were then grown on the seed layer-coated substrates via a low-temperature solution method. FZO NR arrays were annealed at 600 °C and characterized by using field emission scanning microscopy (FE-SEM) and X-ray diffraction spectrum (XRD) analysis. FZO NRs grew along the preferred (002) orientation with good crystal quality and hexagonal wurtzite structure. The main ultraviolet (UV) peak of 378 nm exhibited a red-shifted phenomenon with Fe-doping by photoluminescence (PL) emission. Furthermore, FZO photodetectors (PDs) based on metal-semiconductor-metal (MSM) structure were successfully manufactured through a photolithography procedure for UV detection. Results revealed that compared with pure ZnO NRs, FZO NRs exhibited a remarkable photosensitivity for UV PD applications and a fast rise/decay time. The sensitivities of prepared pure ZnO and FZO PDs were 43.1, and 471.1 for a 3 V applied bias and 380 nm UV illumination, respectively.