GaN外延材料及其自供电紫外光电探测器研究进展

近年来,自供电Ga N基紫外光电探测器凭借具有的紫外敏感性、高稳定性及便携应用等特点,在紫外通信、紫外辐射检测以及导弹追踪等领域具有重要的应用前景。但其发展依旧面临着材料位错密度高、器件性能差、器件集成度低等问题。为了解决上述问题,科研工作者开展系统地研究并取得了重要进展。本文从材料缺陷控制、器件结构设计和器件集成应用三个方面讨论了自供电Ga N基紫外光电探测器的研究进展,并展望了其发展前景。

高增益ZnO肖特基紫外光电探测器光响应特性

ZnO宽禁带半导体紫外光电探测器具有稳定性高、成本低等诸多优势,在国防、医疗、环境监测等领域具有重要的应用前景。本文采用射频磁控技术在SiO_(2)衬底上制备了ZnO薄膜,在此基础上获得了具有高增益的金属-半导体-金属(MSM)结构的ZnO紫外光电探测器。10 V偏压下,探测器的响应度和外量子效率分别为4.90 A/W和1668%。这是由于光照情况下,半导体与金属界面处的空穴俘获产生高增益所导致的。此外,进一步研究了增益效应、外加偏压和耗尽层宽度对ZnO紫外光电探测器响应度的调控规律与影响机制,为高性能紫外光电探测器的研制与性能调控提供了重要的参考依据。

切割角蓝宝石基氧化镓薄膜MOCVD外延及日盲紫外光电探测器制备

本文使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在不同切割角的c面蓝宝石衬底上外延氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))单晶薄膜,揭示了衬底切割角对外延薄膜晶体质量的影响规律。研究表明,当衬底切割角为6°时,β-Ga_(2)O_(3)外延膜具有较小的X射线摇摆曲线半峰全宽(1.10°)和最小的表面粗糙度(7.7 nm)。在此基础上,采用光刻、显影、电子束蒸发及剥离工艺制备了金属-半导体-金属结构的日盲紫外光电探测器,器件的光暗电流比为6.2×10^(6),248 nm处的峰值响应度为87.12 A/W,比探测率为3.5×10^(15) Jones,带外抑制比为2.36×10^(4),响应时间为226.2μs。

薄膜厚度对Pb,La(Zr,Ti)O_(3)铁电薄膜基自供电紫外光电探测器性能影响研究

目前半导体基自供电紫外光电探测器由于光生电子和空穴不能有效分离,因此灵敏度较低。铁电体具有宽的光学带隙(>3 eV)和大的退极化场,因此被认为是研制高性能自供电紫外光电探测器的重要候选材料。基于此,采用溶胶-凝胶法制备了层数不同的Pb_(0.93) La_(0.07)(Zr_(0.2) Ti_(0.8))_(0.985)O_(3)(PLZT)铁电薄膜并研制出了基于Au/PLZT/FTO垂直结构的自供电紫外光电探测器。研究结果表明:通过合理调整极化电压的方向,极化电压能对光电响应性起到加强作用。在+2 V极化电压下,旋涂层数为3层(厚度约为140 nm)的Au/PLZT/FTO光电探测器拥有最佳的自供电紫外光电响应,高的光/暗电流比为3750、大的响应度为13.1 mA/W、高的探测率为4.11×10^(11) Jones以及快的响应速度为20 ms/30 ms。

4H-SiC基紫外光电探测器研究进展

介绍了4H-SiC材料用于高温、低电平紫外光电检测的优点,回顾总结了近年来4H-SiC基紫外光电探测器的研究进展,分析了改善4H-SiC基紫外光电探测器性能参数如降低暗电流、提高光电响应度等可采用的各种技术手段,探讨了4H-SiC基紫外光电探测器的发展趋势。

肖特基型β-Ga2O3日盲紫外光电探测器

本文制备并研究了肖特基型β-Ga2O3日盲紫外光电探测器.结果表明:通过脉冲激光沉积外延生长的β-Ga2O3的(-201)晶面X射线衍射峰半高宽仅为36 arcsec,表现出了高的晶体质量;光暗条件下的I-V曲线显示所制备的器件具有明显的肖特基整流特性,在-5V偏压下暗电流保持在0.1nA量级,正向导通电压为1.5V;光电流谱显示器件在240nm处存在显著的峰值响应,并在260nm左右呈现陡峭的截止边,日盲紫外的带内带外抑制比达到1000.同时,也研究了不同掺杂对Ga2O3晶体质量的影响.

金属-半导体-金属(MSM)结构4H-SiC紫外光电探测器的研制

MSM结构探测器具有结构与工艺简单、制备成本低、量子效率高等特点而在探测器应用中得到重视。本文制备了采用镍作为肖特基接触形成的MSM 4H—SiC紫外光电探测器,并测量和分析了在不同的偏压下其光电特性。结果表明,该探测器的暗电流非常小,在偏压为15V的时候,漏电流密度约为70 nA/cm2,光电流比暗电流高约2个数量级,其光谱响应表明,其最高光谱响应与380 nm的比值约为1000倍,说明该探测器具有良好的紫外可见比。

4H-SiCp-i-n紫外光电探测器的电容-电压特性研究

分析并比较了4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的电容-电压(C-V)特性随温度和偏置电压的变化情况,观测到4H-SiC p-i-n结构中的深能级缺陷。结果表明:由于近零偏压时探测器i型层已处于耗尽状态,其高频(1 MHz)C-V特性几乎不随反向偏压变化.随着温度升高,被热离化的自由载流子数量增多导致高频结电容随之增大;探测器的低频(100 kHz)结电容比高频结电容具有更强的电压和温度依赖性,原因在于被深能级缺陷俘获的载流子随反向偏压增大或随温度升高而被离化,从而对结电容产生影响.

GaN基紫外光电探测器的材料制备及器件优化研究进展

紫外光在各领域应用广泛,制备高性能紫外光电探测器(UV PD)受到研究人员的重视。GaN作为宽禁带半导体材料,具有高电子迁移率、稳定的物理化学性质、高击穿电压、低暗电流和固有可见盲区的特点。GaN基UV PD具有制备工艺简单、体积小无需附加滤光系统、易于与其他材料集成等特点,表现出优异的紫外光探测性能。围绕GaN基UV PD,介绍了GaN材料在制备工艺上的研究进展;详细论述了常见结构GaN基UV PD最新结构的优化对器件性能的影响;介绍了基于表面声波、表面等离激元和场效应晶体管集成的新型GaN基UV PD;最后,对GaN基UV PD的发展趋势进行了展望。

两步互扩散法制备高性能CsPbCl_(3)薄膜紫外光电探测器

紫外光电探测器无论在军用和民用上都有着巨大的应用前景,CsPbCl_(3)作为钙钛矿家族中形成能最大,化学性能稳定的成员,在可见光盲区的紫外光电探测器中有着很大潜在的应用价值。本文针对CsPbCl_(3)薄膜难以制备的问题,发展了一种两步互扩散溶液法,通过控制前驱体PbCl2的形貌,成功地制备了CsPbCl_(3)薄膜。利用扫描电镜、吸收光谱和X射线表征技术,证实了制备出的薄膜表面平整无孔洞、晶粒饱满和吸光度强。通过瞬态荧光和变激发光强的稳态荧光,揭示了薄膜具有载流子寿命长、缺陷态少等优异性能。最终构建出了响应度为0.75 A·W^(−1)的横向结构紫外光电探测器,为将来进一步发展高性能CsPbCl_(3)薄膜紫外光电探测器奠定了基础。

AlInGaN/GaN PIN紫外光电探测器的研制

用AlInGaN四元合金代替AlGaN作为PIN探测器的有源层,研制出AlInGaNPIN紫外探测器。详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试。测试结果表明,器件的正向开启电压约为1.5 V,反向击穿电压大于40 V;室温-5 V偏压下,暗电流为33 pA,350 nm处峰值响应度为0.163 A/W,量子效率为58%。

基于三明治结构的ZnO紫外光电探测器

采用射频磁控溅射方法制备了三明治结构ZnO紫外光电探测器,即在传统金属-半导体-金属(MSM)单层ZnO紫外光电探测器的基础上再铺设一层ZnO薄膜,从而构建三明治器件结构。三明治结构ZnO紫外光电探测器响应度在5 V偏压下达到了0.05 A/W,暗电流为1.44×10^-5 A,器件的整体性相比较传统单层ZnO紫外光电探测器得到了明显的改善。这主要归因于金属与半导体接触的耗尽区可以直接吸收入射光,提高了入射光的吸收效率,避免了传统上层电极对入射光的遮蔽作用。

氧化锌基纳米结构紫外光电探测器件发展与展望

本征氧化锌紫外是目前制备紫外光电探测器件较好的材料,所以近年来人们利用掺杂后的氧化锌半导体材料制备紫外光电探测器件做了很多工作,而纳米结构的半导体材料具有表面积大和特征尺寸的可调节性的优点,随着一维纳米材料,纳米线、纳米棒和二维纳米材料,纳米薄膜,制备工艺的发展,氧化锌基纳米结构的半导体材料引起人们的广泛关注。本文重点介绍了基于一维和二维氧化锌基纳米结构紫外光电探测器件的研究现状,并对未来的研究重点做了简单介绍。

4H-SiC紫外光电探测器光电特性随温度变化的研究

利用光电流谱法研究了300 K到60 K温度范围内的p-i-n结构4H-SiC紫外光电探测器的暗电流及相对光谱响应特性。研究发现随着温度的降低,探测器的暗电流和相对光谱响应都逐渐减小;而且,反向偏压越高,暗电流减小的速率越大。在零偏压下,随着温度的降低,器件的相对光谱响应的峰值波长先向短波方向移动,后向长波方向移动,在60 K时移至282 nm附近;同时观察到探测器的相对光谱响应范围略有缩小。此外,我们对器件p、i、n各层产生的光电流随温度变化的机理进行讨论,提出了通过减少i层缺陷和适当减小n层掺杂浓度的方式来提高器件的相对光谱响应。

一种肖特基势垒增强型N-AlGaN基MSM日盲紫外光电探测器

研制一种以薄的高阻Al Ga N覆盖层作为肖特基势垒增强层的N-Al Ga N基金属-半导体-金属(MSM)日盲紫外光电探测器。与无覆盖层的参考器件相比,覆盖高阻Al Ga N层后探测器的暗电流大幅度减小。在5 V偏压下,覆盖高阻Al Ga N层的光电探测器的暗电流为1.6 p A,响应度为22.5 m A/W,日盲紫外抑制比大于103,探测率为6.3×1010cm·Hz1/2/W。

肖特基型氮铝镓紫外光电探测器

通过采用插入缓冲层的办法,利用金属有机气相外延(MOCVD)得到高质量的AlGaN薄膜,克服了AlGaN薄膜容易产生裂纹的缺点.在此基础上,我们通过采用传统的紫外光刻和湿法刻蚀的方法,制备得到了金属-半导体-金属(MSM)结构的Al0.25Ga0.75N紫外光电探测器.结果表明,在1 V偏压下,器件的暗电流仅为20 pA,如此低的暗电流主要是由于器件中存在一定量的缺陷而导致电阻过大的原因造成的.器件的最高峰值出现在308 nm,大小为0.07 A/W,器件的上升时间为10 ns,下降时间为190 ns.

多孔GaN/CuZnS异质结窄带近紫外光电探测器

窄带光电探测系统在荧光检测、人工视觉等领域具有广泛应用.为了实现对特殊波段的窄带光谱探测,传统上需要将宽带探测器和光学滤波片集成.但是,随着检测技术的发展,人们对探测系统的功耗、尺寸、成本等方面也提出了更高要求,结构复杂、成本高的传统窄带光电探测器应用受到限制.于是,本文展示了一种基于多孔GaN/CuZnS异质结的无滤波、窄带近紫外光电探测器.通过光电化学刻蚀和水浴生长方法,分别制备了具有低缺陷密度的多孔GaN薄膜和高空穴电导率的CuZnS薄膜,并构建了多孔GaN/CuZnS异质结近紫外光电探测器.得益于GaN的多孔结构和CuZnS的光学滤波作用,器件在–2 V偏压、370 nm紫外光照下,光暗电流比超过4个数量级;更重要的是,器件具有超窄带近紫外光响应(半峰宽<8 nm,峰值为370 nm).此外,该探测器的峰值响应度、外量子效率和比探测率分别达到了0.41 A/W,138.6%和9.8×10^(12)Jones.这些优异的器件性能显示了基于多孔GaN/CuZnS异质结的近紫外探测器在窄光谱紫外检测领域具有广阔的应用前景.

固态紫外光电探测器正在寻求合适的市场份额

美国波士顿电子公司总裁Fred Perry最近对固态紫外光电探测器的市场作了预测。他认为,随着探测器成本的降低,一些新的应用将会产生。例如,固态紫外传感器的潜在应用有火焰传感、紫外消毒灯的控制、人晒黑监视器、

薄膜形貌对紫外光电探测器的稳定性探究

研究了4,4,4"-三(苯基(间甲苯基)氨基)三苯胺(m-MTDATA)薄膜形貌对紫外光电探测器稳定性的影响。在不同界面上制备m-MTDATA薄膜,利用原子力显微镜分析形貌,并在此基础上制备了相应的紫外探测器。通过光谱响应测试系统研究不同器件的光响应度,并对器件的稳定性能进行了测试。通过原子力显微镜表征表明ITO/PEDTO:PSS衬底上m-MTDATA形成全覆盖薄膜仅需较低的厚度,修饰层改善了ITO界面的平整性以减少其表面的缺陷,提高了阳极对空穴的收集能力。并且使有机小分子活性层的晶粒更加稳定,抑制了紫外光的持续照射而引起的界面老化的问题,从而提高了器件的稳定性。

结合雪崩和PIN特性的4H-SiC紫外光电探测器的模拟

紫外波段的光探测器具有广阔的应用前景,本文结合传统的吸收-倍增-分离(SAM)和PIN结构,设计了一种新结构(APIN)的4H-Si C紫外光电探测器,模拟了其光电特性,并与传统的SAM和PIN结构的光电探测器进行了对比。结果表明其在雪崩状态下具有类似于SAM结构的雪崩光电探测器(APD)的特性,在低反向偏压下具有类似于PIN光电探测器的特性,为实际器件的制备提供参考。