光敏晶体管的中子位移损伤效应研究

通过开展光敏晶体管的反应堆中子辐照实验,获得位移效应实验结果,并分析位移损伤机理。研究发现,在3×1011～5×1012 cm-2中子注量范围内,光敏晶体管增益和光响应度的下降导致集电极输出电流下降。增益的倒数与注量的增加呈线性关系,注入电流越大,线性关系的斜率越小。理论分析表明,通过提高基区掺杂水平或减小基区宽度,可提高增益的抗辐射水平;不同反向偏置电压下的初级光电流辐照前基本相同,随着辐照注量的增大,差异逐渐增大,反向偏置电压越大,初级光电流的退化越小;通过采用PIN结构或加大反向偏置电压来展宽耗尽区以减少受位移效应严重影响的扩散电流份额,可提高初级光电流的抗辐射水平。与PIN光电二极管不同,本实验注量范围内,光敏晶体管的暗电流随注量的增大而减小。

单载流子传输双异质结光敏晶体管频率特性分析(邀请论文)

为了缓解光敏晶体管探测器在响应度和响应速度优化时存在的矛盾并提高响应度和响应速度,分析了单载流子传输(uni—travelling—carrier,UTC)双异质结光敏晶体管(double hetero-junction phototransistor,DHPT)中光生载流子对发射结结电容和集电结结电容的影响,建立了UTC—DHPT的频率特性模型.基于所建模型,研究了UTC—DHPT在电学晶体管工作状态(double hetero-junction transistor,DHBT)、基极光偏置的二端工作模式(two terminal,2T)和基极光电混合偏置的三端工作模式(three terminal,3T)的光电流增益和光学特征频率.结果表明:UTC—DHPT比传统的单异质结光敏晶体管(single hetero-junction phototransistor,SHPT)有更好的频率特性,3T工作模式下的UTC—DHPT可以同时提供高响应度和高响应速度.

光敏晶体管漏电流变大的失效分析与控制

论述了某光敏晶体管CE极之间漏电流变大的失效机理。通过对器件电性能测试、结构解剖、扫描电镜检查和能谱分析,证实了银离子迁移是导致该光敏晶体管CE极漏电变大的主要失效机理。从理论上阐述了银离子迁移的环境条件,从生产和使用两个方面提出了避免或减少银离子迁移的控制措施。

基于表面等离子共振效应的有机光敏晶体管

通过原位制备金纳米颗粒,利用表面等离子共振效应,在金纳米颗粒表面旋涂无可见光响应的聚合物获得了同时具有高迁移率(0.12 cm2·V-1·s-1)和高响应度(11.6 A/W)的有机光敏晶体管.金纳米颗粒表面的化学修饰对提高器件性能起到关键作用.基于表面等离子共振效应建立了一种利用无可见光响应(或弱可见光响应)有机半导体获得高性能有机光敏晶体管的方法.

电极肖特基接触对有机光敏晶体管性能的影响

有机光敏晶体管是一种在有机场效应管结构中引入光控“栅极”的新型光探测器件,其光灵敏度、光响应度性能参数与源/漏电极和有源层的接触情况关系密切。本文通过真空蒸发法分别制备了采用金电极和铝电极的单层并五苯及酞菁铜有机光敏晶体管。研究了它们在黑暗和光照条件下的输出及转移特性。结果表明,高迁移率的并五苯有源层更适合搭配接触特性较好的金电极,该器件具有和铝电极器件相同高水平的光灵敏度~3×104,但其光响应度是铝电极器件的13倍;而低迁移率的酞菁铜薄膜较适合搭配能够和有源层形成肖特基接触的铝电极,有利于抑制暗电流、增强激子解离效率、提高光电流,进一步使器件在获得和金电极器件同数量级光响应度的同时,其光灵敏度是金电极器件的102倍。本文对光照下电极/有源层肖特基接触的能带变化做了理论分析,总结归纳了有机光敏晶体管电极材料和有源层材料的初步筛选规律。

单载流子传输光敏晶体管小信号等效电路模型的建立与分析

建立了单载流子传输双异质结光敏晶体管的小信号等效电路模型.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管光生电流的产生机制,并将其作为基极电流的一部分,引入到小信号等效电路中.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管中单载流子传输的输运方式对光跨导、发射结电阻、发射结结电容和集电结结电容的影响.基于所建模型,研究了InP基单载流子传输双异质结光敏晶体管的光特征频率和光电流增益受光窗口面积和入射光功率的影响.结果表明,在同样入射光功率下,存在一个最佳的光窗口面积使得光特征频率获得最大值,最佳光窗口面积随入射光功率的增加在一定面积范围内发生偏移.在固定光窗口面积(8×8μm2)条件下,随着输入光功率的增加,光特征频率先增大后减小,在280μW时达到最高值150GHz,光短路电流增益也随着光功率的增加而逐渐增加,在入射光功率750μW时达到饱和,饱和增益为82dB.

双异质结单载流子传输光敏晶体管输出电流

详细对比并分析了双异质结单载流子传输光敏晶体管(Uni-travelling-carrier Double Heterojunction Phototransistor,UTC-DHPT)与单异质结光敏晶体管(Single Heterojunction Phototransistor,SHPT)在大的入射光功率范围下集电极输出电流特性.首先,UTC-DHPT仅选取窄带隙重掺杂的基区作为吸收区,与SHPT选取基区和集电区作为吸收区相比,其光吸收区厚度小,在小功率入射光下UTC-DHPT的输出电流小于SHPT的输出电流.其次,由于UTCDHPT的双异质结结构,光生电子和光生空穴产生于基区,减弱了SHPT因光生空穴在集电结界面积累而产生的空间电荷效应,避免了SHPT在小功率入射光下输出电流开始饱和的问题,从而UTC-DHPT获得了比SHPT更大的准线性工作范围.最后,UTC-DHPT的单载流子(电子)传输方式使得基区产生的光生空穴以介电弛豫的方式到达发射结界面,有效降低了发射结势垒,增加了单位时间内由发射区传输到基区的电子数量,提高了其发射结注入效率,在大功率入射光下UTC-DHPT比SHPT能获得更高的输出电流.

单载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器的研究

基于器件仿真器Atlas,建立了InP/InGaAsP单向载流子传输的双异质结光敏晶体管(UTC-DHPT)的二维模型,分析讨论了器件性能与外延结构参数的关系.设计出同时具有高响应度(17.93 A/W)和高特征频率(121.68GHz)的UTC-DHPT,缓解了传统的异质结光敏晶体管光电探测器中探测效率和工作速度的矛盾.

有机光敏场效应晶体管研究进展

有机半导体材料具有轻质、廉价以及可与柔性衬底相兼容等诸多优点而广泛应用于光电子领域。基于光诱导效应的光敏场效应晶体管的跨导可以用来放大光电流,是实现全有机图像传感器的很有前景的器件,其应用广泛。简单介绍了有机光敏场效应晶体管的结构、工作原理及所用材料方面的国内外最新研究进展。

喷雾工艺制备的高性能有机光敏薄膜晶体管

以聚3-己基噻吩(P3HT)为有机层、价格低廉的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为绝缘层制备了底栅顶接触型结构的有机薄膜晶体管(OTFT)。采用一种新型喷雾工艺来制备器件的有机薄膜层,通过测量有机薄膜晶体管的电学特性,可得出应用喷雾制备的器件有较好的性能。在100mW/cm2标准模拟太阳光照下,测量基于P3HT的有机薄膜晶体管器源漏电流随时间的变化特性,结果表明基于P3HT的有机光敏薄膜晶体管,不仅具有明显的响应特性,而且具有很好的恢复特性。同时,对比黑暗和光照1,2,4min下的OTFT特性转移曲线,得到器件的阈值电压随时间的变化曲线。

OP604光敏管质子位移损伤效应研究

光敏晶体管是空间飞行器光电编码器中的重要组成部分,对空间高能质子引起的位移损伤效应较为敏感。文章通过试验获得了光敏管的核心参数输出电流与质子能量、位移损伤剂量、工作状态、屏蔽材料的关系。在50、60、70、92 MeV四种能量的质子辐照下,器件输出电流及光电转换效率最大下降80%。晶体管内部光敏二极管初始光电流的下降和晶体管电流增益的下降共同作用造成了输出电流随位移损伤剂量的增加不断衰减。不锈钢和三明治屏蔽结构对60 MeV能量质子几乎没有遮挡效果。通过提高输入光照强度,增大初始光电流,可以降低位移损伤效应的影响。另外,采用PIN型光电二极管,增大耗尽区面积,也是可行的加固方法之一。

长春光机所在钙钛矿光敏场效应晶体管研究中获进展

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所郭春雷中美联合光子实验室的于伟利课题组采用空间限域、反温度结晶相结合的方法,制备了具有低缺陷密度的CsPbBr3薄单晶,克服了载流子在横向通道传输过程中易受晶界和晶粒缺陷影响的问题,制备出了高效的光敏场效应晶体管。研究人员利用空间限域、反温度结晶相结合的方法生长出的CsPbBr3薄单晶没有明显的晶粒界畴,厚度在2μm左右,尺寸可以达到毫米级或更大尺寸.

渐变耦合脊波导晶体管探测器光响应分析

为提高InP基光探测器的吸收效率和工作速度,设计了一种渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管探测器。采用有效折射率法和光束传播法,分析渐变耦合脊波导的光传输模式,优化后波导宽度和波导长度分别为2.6μm和250μm,可实现单模传输和高的光吸收效率.由于渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管光传输方向与载流子运动方向垂直,分别优化光敏晶体管的吸收效率和速度,器件输出光电流和特征频率均得到改善.渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度为33.83 A/W,饱和输出光电流为90 mA,最高特征频率达到87 GHz,其饱和输出电流和特征频率相比于台面单载流子传输异质结光敏晶体管分别提高了20%和24%.但渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管吸收体积大,获得饱和电流时的光功率也比较大,因此渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度略小于台面的单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度.

基于酞菁铜的有机光敏场效应管

制备了基于酞菁铜(CuPc)的有机光敏场效应晶体管,对器件的光敏特性进行了研究。实验结果表明,基于金源漏电极的器件,在波长655 nm,光强100 mW/cm2的光照下,明/暗电流比约为0.4,光响应度约为2.55 mA/W;而铝为源漏电极的器件,可以获得高达104的明/暗电流比,但光响应度降低为0.39 mA/W。

基于酞菁钯和C_(60)的异质结有机光敏场效应管

采用酞菁钯(PdPc)和C60两种有机半导体材料,通过真空热蒸镀法以不同的沉积顺序制备了两种不同结构的平面异质结有机光敏场效应管,并对这两种结构器件的光敏特性进行比较。在波长655 nm、光强100mW/cm2的光照条件下,结构为n+-Si/SiO2/PdPc/C60/Al(S&D)(PdPc/C60-OFET)器件的最大光暗比为2×103,光响应度为3 mA/W;而结构为n+-Si/SiO2/C60/PdPc/Al(S&D)(C60/PdPc-OFET)器件的最大光暗比为3×103,光响应度为11mA/W。实验结果表明C60/PdPc-OFET可以获得更好的光敏特性。

光电耦合器的反应堆中子辐射效应

选择3种典型光电耦合器开展了反应堆中子辐照实验,中子注量为3×1011~5×1012cm-2时,位移效应导致电流传输比下降,饱和压降提高。发光器件相同,探测器为Si PIN光电二极管的光电耦合器比探测器为Si NPN光敏晶体管的光电耦合器的初始电流传输比要小,但其抗位移损伤能力更强。探测器均为Si NPN光敏晶体管,发光器件为异质结LED要比硅两性掺杂LED的光电耦合器的电流传输比抗位移损伤能力提高2个量级;以光敏晶体管为探测器的光电耦合器,在较大的正向电流和输出负载电阻条件下工作可提高抗辐射水平。此外,光电耦合器的位移损伤存在加电退火效应。

影响光电耦合器可靠性的工艺因素及其对策

介绍了光电耦合器结构、工作原理、工艺流程和技术特点,不同品牌银胶与芯片黏结力情况,塑封料、引线框架的选择与产品密封性能关系,选择银胶、塑封料、引线框架的试验方法及评判手段。分析了生产中影响可靠性的工艺因素,讨论了手工装存在的问题、芯片上金和铝电极对金丝球焊的要求、点胶内包封操作要领以及注塑包封粘模对产品的危害性,并提出解决上述问题的对策和措施。

有机光信号探测器简介

有机半导体独特的光电性质使其成为光信号检测领域创新性发展的重要材料基础。事实上,有机感光材料不仅具有良好的光吸收性能,同时具备可低温大面积制备的特性。本文主要介绍了光探测器的最新进展,重点针对光敏二极管和光敏晶体管两大光敏器件类型。截至目前,针对光敏器件的研究还很有限,但光敏器件已经被广泛的应用于制备各种单独的光电器件,以及各种复杂的光电系统。

传感器知识系列讲座(6)——光传感器

光传感器就是以光为检测对象,将光能量转换成有用电信号的器件.与测量其它物理量的传感器相比,光传感器历史悠久,种类很多,从紫外线到远红外线各个波段都有相应的元件.近年来,随着光通信、办公自动化、工厂自动化和微处理机的发展,光传感器在各个领域中得到了广泛的应用和发展.本文将介绍几种具有代表性的光传感器的结构原理及选择应用方法.

α-IGZO薄膜场效应晶体管的光敏特性

通过掩膜板制备源漏电极的方法,以非晶铟-镓-锌氧化物(α-IGZO)为有源层,制备了结构为ITO/SiO2(400nm)/α-IGZO(50nm)/Al的底栅顶接触型(BGTC)光敏薄膜场效应晶体管(TFT)并研究了其光敏特性。实验发现,在蒸镀Al电极作为源极和漏极,再在空气中及350℃的温度下退火1h后,器件的阈值电压Vth为15.0V,在栅源偏压VGS=30V时其有效场效应迁移率为0.57cm2/Vs,表现出良好的晶体管特性。当用强度为8.1mW/cm2的白光照射时,器件表现出明显的光敏特性,其Vth下降为-15.0V,在源漏电压VDS=20V且VGS=30V时其有效场效应迁移率上升为1.34cm2/Vs,在VGS=2.5V时其'明/暗'电流比达到一极大值,响应率达到1.11A/W,并具有良好的时间响应特性。