日盲紫外光電探測器全解課件

日盲紫外光電探測器1日盲紫外光電探測器1

紫外光波長小于280NM[1]

能夠?qū)ψ贤夤廨椛溥M(jìn)行接收和探測的器件[1]什么是日盲紫外光電探測器？2紫外光波長小于280NM[1]能夠?qū)κ裁词侨彰ぷ贤夤怆娞綔y器？3什么是日盲紫外光電探測器？3理想日盲紫外光電探測器的特點(diǎn)1.對(duì)于波長長于280nm的光沒有響應(yīng)[1]2.量子效率和靈敏度比較高[1]3.抗輻射性能和化學(xué)穩(wěn)定性超強(qiáng)[1]4.背景噪聲比較低[1]5.探測區(qū)域廣闊[1]4理想日盲紫外光電探測器的特點(diǎn)1.對(duì)于波長長于280nm的光沒MgZnO[1]4H-SiC[1]GaN/AlGaN[1]日盲紫外光電探測器的制備材料5MgZnO[1]4H-SiC[1]GaN/AlGaN

能在高溫度和高能量下工作[1]

光電材料,量子效率很低,帶隙不可調(diào)制[1]4H一SIC4H一SIC：間接帶隙,帶隙為3.26eV[1]

高熔點(diǎn)(28300C)[1]

高熱傳導(dǎo)性(4.9一SW/cm.k)[1]64H一SIC4H一SIC：間接帶隙,4H-SiC74H-SiC74H一SIC

采用4H-SiC已經(jīng)成功制備了肖特基勢壘光電二極管、MSM光電探測器、PIN光電探測器和APD等[2]84H一SIC采用4H-S

具有匹配的單晶襯底[4]

生長溫度較低(100一7500e)[4]

帶隙可調(diào)范圍(3.37一7.sev)[4]

抗輻射能力強(qiáng)（8）[4]

成本低,原料豐富[4]

利于制備高性能的日盲紫外探測器，MgZnO三元合金材料可以應(yīng)用在從200-370nm很寬的紫外光波段[4]

鎂鋅氧(MgZnO)9具有匹配的單晶襯底[4]利于制備高性能的

鎂鋅氧(MgZnO)10鎂鋅氧(MgZnO)10

鎂鋅氧(MgZnO)11鎂鋅氧(MgZnO)11GaN特點(diǎn)：1.直接帶隙[3]2.強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性[3]3.抗輻射性強(qiáng)[3]4.可摻鋁調(diào)節(jié)帶隙[3]（3.44eV(GaN)--6.2eV(AIN)）氮化稼/鋁稼氮(GaN/AIGaN)12GaN特點(diǎn)：氮化稼/鋁稼氮(GaN/AIGaN)12氮化稼/鋁稼氮(GaN/AIGaN)探測器優(yōu)點(diǎn)：1.性能高[3]

探測從20Onm--300nm,

暗電流值皮安(PA)--飛安,

2.響應(yīng)速度快[3]缺點(diǎn)：1.生長溫度很高[3]2.沒有合適的匹配襯底,P型摻雜生長高質(zhì)量高AI濃度的AIGaN薄膜仍存在很大的困難[3]13氮化稼/鋁稼氮(GaN/AIGaN)探測器優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：1.

氮化稼/鋁稼氮(GaN/AIGaN)14氮化稼/鋁稼氮(GaN/AIGaN)14氮化稼/鋁稼氮(GaN/AIGaN)GaN/AIGaN是目前制備日盲紫外光探測器的最好的材料,最廣泛的應(yīng)用于寬帶隙半導(dǎo)體紫外探測器[3]目前取得了比較好的結(jié)果的國家美國，土耳其和西班牙[3]15氮化稼/鋁稼氮(GaN/AIGaN)GaN/AIMSMp-np-i-nAPDSAM實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)16MSMp-np-i-nAPDSAM實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)MSM結(jié)構(gòu)

分為光電導(dǎo)型和肖特基型[5]光電導(dǎo)型工作原理：主要是利用光電導(dǎo)效應(yīng)來制備探測器[5]光電導(dǎo)效應(yīng)：

自由態(tài)

加外電場電流增大內(nèi)部電子束縛態(tài)光照

MSM結(jié)構(gòu)17MSM結(jié)構(gòu)分為光電導(dǎo)型和肖特基型[5]自由態(tài)電流增大

MSM結(jié)構(gòu)肖特基型工作原理：1.偏壓2.紫外光照射大量電子-空穴對(duì)擴(kuò)散或漂移運(yùn)動(dòng)小的暗電流實(shí)現(xiàn)較高的信噪比適合用于制備高性能的紫外探測器18MSM結(jié)構(gòu)肖特基型工作原理：1.偏壓

MSM結(jié)構(gòu)19MSM結(jié)構(gòu)19

MSM結(jié)構(gòu)20MSM結(jié)構(gòu)MSM結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：1.MSM光電探測器在紫外波段響應(yīng)度較高[5]2.肖特基型紫外光電探測器響應(yīng)帶寬大、噪

聲小、暗電流低適合制作太陽盲探測器和高速

率器件[6]21MSM結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：21MSM結(jié)構(gòu)器件結(jié)構(gòu)示意圖[5]：22MSM結(jié)構(gòu)器件結(jié)構(gòu)示意圖[5]：工作原理[7]：

加上VR反向偏壓，使形成電場和內(nèi)建電場方向相同吸收大于等于Eg的入射光子

激發(fā)p、I和n區(qū)的價(jià)帶電子，形成大量電子－空穴對(duì)電場作用使電子和空穴分離導(dǎo)帶中電子向n區(qū)運(yùn)動(dòng)，價(jià)帶空穴向p區(qū)運(yùn)動(dòng)在器件兩電極上產(chǎn)生光電壓，在外電路中形成光電流，

即將接收到的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號(hào)輸出。

P-I-N結(jié)構(gòu)23工作原理[7]：吸收大于等于Eg的入射光子激發(fā)p、I

P-I-N結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

：

1.

p區(qū)必須很薄以提高短波長紫外光的靈敏度[7]2.一般結(jié)深很小，入射紫外光只能在I型層被吸

收并激

發(fā)電子－空穴對(duì)[7]3.I型層的光生載流子在強(qiáng)電場下加速，渡越時(shí)

間很短[7]

4.時(shí)間常數(shù)的主要因素為電路時(shí)間常數(shù)，應(yīng)恰

當(dāng)?shù)剡x擇

電路的負(fù)載電阻是提高其頻率特性的

關(guān)鍵[7]24P-I-N結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：24

P-I-N結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)[7]：25P-I-N結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

P-I-N結(jié)構(gòu)P-i-n結(jié)構(gòu)紫外光電二極管管芯結(jié)構(gòu)[7]：26P-I-N結(jié)構(gòu)P-i-n結(jié)

P-I-N結(jié)構(gòu)27P-I-N結(jié)構(gòu)27原理：

半導(dǎo)體的PN結(jié)受到紫外光照[8]

價(jià)電子吸收能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度的光

子產(chǎn)生自由電子－空穴對(duì)，即光生載流子[8]電子－空穴被分開并向相反的方向漂移；在耗盡區(qū)邊界處被收集，使得兩側(cè)產(chǎn)生電勢差[8]

PN光電二極管與外電路連通時(shí)，電子向n區(qū)漂移，空穴向p區(qū)漂移，從而在外電路中產(chǎn)生光生電流[8]

P-N結(jié)構(gòu)28原理：半導(dǎo)體的PN結(jié)受到紫外光照[8]價(jià)電子吸收能量大于

P-N結(jié)構(gòu)29P-N結(jié)構(gòu)29工作原理：

光電探測器的兩極加高的偏壓[8]使結(jié)區(qū)載流子能獲得很大的能量[8]高能載流子與晶格原子碰撞而使晶格原子發(fā)生電離，產(chǎn)生新的電子－空穴對(duì)[8]

新產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)在向電極運(yùn)動(dòng)過程中又獲得足夠的能量，再次與晶格原子碰撞，又產(chǎn)生新的電子－空穴對(duì)[8]產(chǎn)生大量載流子，使PN結(jié)內(nèi)電流急劇倍增[8]

APD結(jié)構(gòu)30工作原理：光電探測器的兩極加高的偏壓[8]使結(jié)區(qū)載流子能APD結(jié)構(gòu)31APD結(jié)構(gòu)31APD結(jié)構(gòu)32APD結(jié)構(gòu)32

APD結(jié)構(gòu)33APD結(jié)構(gòu)33

吸收區(qū)的摻雜濃度較低，厚度可以很長，在正常工作狀態(tài)下，吸收區(qū)將全部耗盡[8]提高器件的量子效率，又提高了器件的光譜響應(yīng)速度[8]倍增區(qū)可以很薄使此區(qū)的電場分布比較均勻，在高電場下可以產(chǎn)生統(tǒng)一的雪崩倍增，而器件的擊穿電壓為電場強(qiáng)度在耗盡區(qū)長度上的積分[8]

SAM結(jié)構(gòu)34吸收區(qū)的摻雜濃度較低，厚度可以很長，在正常提高器件的量子效率

SAM結(jié)構(gòu)35SAM結(jié)構(gòu)35

傳統(tǒng)的光電發(fā)射紫外光電陰極在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟,但也有一些研究機(jī)構(gòu)或者公司在對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),這些改進(jìn)工作主要集中在提高陰極靈敏度,降低暗噪聲等方面。[9]目前在傳統(tǒng)光電發(fā)射紫外探測器研制及生產(chǎn)技術(shù)方面處于領(lǐng)先的是德國Prox-itronic公司，其光電陰極在254nm處輻射靈敏度可達(dá)40mA/W,等效背景輻照度達(dá)到10-13W/m2[9]。

負(fù)電子親和勢AlGaN陰極成為紫外探測器研究的一個(gè)重要領(lǐng)域,并且最近幾年取得了巨大進(jìn)展[9]。加州大學(xué)伯克利分校和美國西北大學(xué)聯(lián)合所做的研究曾報(bào)道:經(jīng)過銫激活處理的p型摻雜的Al-GaN反射型光電陰極,在122nm處所測得的量子效率高達(dá)70%～80%，而到360nm處則降到10%～20%,這比傳統(tǒng)的CsI和Cs2Te陰極有了明顯的進(jìn)步[9]

研究進(jìn)展36傳統(tǒng)的光電發(fā)射紫外光電陰極在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟1.光電測雹儀的原理及構(gòu)造[9]2.宇航探測[9]3.紫外通訊[9]4.輸電線電暈放電檢測[9]5.紫外指紋檢測[9]

紫外光電探測儀的應(yīng)用371.光電測雹儀的原理及構(gòu)造[9]紫外光電探測儀的應(yīng)用3

光電測雹儀的原理及構(gòu)造38光電測雹儀的原理及構(gòu)造38

紫外通訊39紫外通訊39

輸電線電暈放電檢測40輸電線電暈放電檢測40

紫外指紋檢測41紫外指紋檢測41參考文獻(xiàn)：[1]曹建明“MgZnO日盲紫外探測器的制備和性能研究”中國知網(wǎng)長春理大學(xué)碩士論文2011-03-01[2]姜文海;陳辰;周建軍;李忠輝;董遜“Al_0_66_Ga_0_34_N日盲紫外光電探測器研究”中國知網(wǎng)半導(dǎo)體技術(shù)期刊2008-12-31[3]李健;趙曼“肖特基型氮鋁鎵紫外光電探測器”中國知網(wǎng)中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)期刊2009-09-15[4]韓舜“MgZnO薄膜及其紫外光電探測器制備和特性研究”中國知網(wǎng)中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）博士論文2011-04-01[5]李海龍“背入射Au_Zr_xTi_1_x_省略_2_Au肖特基結(jié)紫外探測器的研究”中國知網(wǎng)吉林大學(xué)碩士論文2013-05-01[6]趙曼;李健;王曉娟;周脈魚;鮑金河;谷峰“肖特基