正照射延伸波长In0.8Ga0.2As红外焦平面探测器

为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN短波红外探测器的温度响应光电特性,采用闭管扩散的平面型器件工艺,在金属有机化学气相外延（MOCVD）外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长2561线列InGaAs红外焦平面探测器,研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明,随着温度的降低,在小偏压下,器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内,反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成,当温度低于180 K时,器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 m和2.09 m,峰值探测率为7.25108 cmHz1/2/W,峰值响应率为0.95 A/W,量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值,约为1.111011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为5.28%。     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析.测量温度从30K到240K,得到R0对数与温度的1000/T的实验曲线及拟合结果.同时选取60K、80K及110K下动态阻抗R与电压V的曲线进行拟合分析.研究表明在我们器件工作的温度点80K,零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流.要提高器件的水平,必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献.     

不同钝化层结构的长波碲镉汞光伏探测器的γ辐照效应

对采用单层ZnS和双层CdTe/ZnS两种钝化层结构的长波碲镉汞光伏器件进行了实时γ辐照效应研究.通过辐照过程中实时测试器件的电流-电压特性,发现随着辐照剂量的增加,两种器件表现出不同的辐照效应.结合光伏器件的电流机制分析,对器件的电阻-电压曲线进行数值拟合,发现器件的主要电流机制在偏压较大时为间接隧道电流,在偏压较小及零偏压附近时为产生-复合电流.对辐照前后器件的电阻-电压曲线进行对比分析,认为CdTe/ZnS双层钝化结构有助于降低辐照位移效应的影响,使得器件间接隧道电流随辐照剂量无明显的增加;同时发现辐照电离效应的影响与器件材料的初始性能参数密切相关,拟合得到ZnS单层钝化结构的器件具有较高的少子产生-复合寿命,受电离效应的影响较大,导致其产生-复合电流随着辐照剂量增加持续增大.     

长波InAs/GaSb II类超晶格红外探测器

报道了50％截止波长为12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器材料及单元器件.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.吸收区结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb),器件采用PBIN的多层异质结构以抑制长波器件暗电流.在77K温度下测试了单元器件的电流-电压(I-v)特性,响应光谱和黑体响应.在该温度下,光敏元大小为100μm×100μm的单元探测器RmaxA为2.5Ωcm2,器件的电流响应率为1.29A/W,黑体响应率为2.1×109cmHz12/W,11μm处量子效率为14.3％.采用四种暗电流机制对器件反向偏压下的暗电流密度曲线进行了拟合分析,结果表明起主导作用的暗电流机制为产生复合电流.     

自支撑衬底n-GaN肖特基接触的电流输运机制研究

在自支撑衬底n-GaN外延片上制备了圆形Ni/Au/n-GaN肖特基接触结构,测量和分析器件的变温电流-电压(I-V)特性,研究了其正向和反向电流的输运机制。结果表明:在正向偏压下,随着温度从300K增加至420K,器件的理想因子由1.8减小至1.2,表明在高温下复合机制逐渐被热发射机制替代;在反向小偏压下,漏电流表现显著的温度和电压依赖特性,且ln(I)-E~(1/2)数据满足较好线性规律,这表明肖特基效应的电子热发射机制应占主导;而在更高的反向偏压下,电流逐渐变成温度的弱函数,且数据遵循ln(I/E~2)-1/E线性依赖关系,该行为与Fowler-Nordheim隧穿特性一致。     

氢化对碲镉汞光伏探测器暗电流机制的影响

对碲镉汞光伏探测器进行了氢化处理,研究了氢化对器件暗电流机制的影响。通过将样品置于反应离子刻蚀过程中产生的H2/Ar等离子体氛围中来实现对样品的氢化处理,并且针对氢化处理研究设计了专门的光刻版。实验结果发现氢化后器件的电流－电压特性随着氢化面积的改变得到了明显的改善。通过对实验结果进行拟合处理,认为器件反向偏压条件下的暗电流在氢化后降低,主要是由于氢化后器件的间接隧道电流得到降低,同时器件耗尽区的少子寿命得到了明显的提高。通过提取器件电阻－电压曲线（R－V）正向偏压部分的理想因子,发现器件的正向电流在氢化前主要为产生－复合电流限制,氢化处理后则逐渐变为扩散电流限制,说明氢化导致了器件产生－复合电流的降低。     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析。测量温度从30K到240K，得到R0对数与温度的1000／T的实验曲线及拟合结果。同时选取60K、80K及110K下动态阻抗R与电压V的曲线进行拟合分析。研究表明在我们器件工作的温度点80K，零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流。要提高器件的水平，必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献。     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析。测量温度从30K到240K，得到R0对数与温度的1000／T的实验曲线及拟合结果。同时选取60K、80K及110K下动态阻抗尺与电压V的曲线进行拟合分析。研究表明在我们器件工作的温度点80K，零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流。要提高器件的水平，必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献。     

双异质结扩展波长InGaAs PIN光电探测器暗电流研究

模拟分析了三种不同结构的双异质结扩展波长In0.78Ga0.22As PIN光电探测器在室温下的暗电流特性,并与器件的实际测量结果进行了比较和讨论。结果表明,对于扩展波长的探测器,零偏压附近暗电流主要为反向扩散电流,随着反向偏压增加,产生复合电流和欧姆电流逐渐起主要作用。在InAlAs/InGaAs异质界面处引入的数字递变超晶格以及外延初始生长的InP缓冲层能够有效地改善探测器的暗电流特性。     

基于锌扩散的InGaAs/InP平面型红外探测器快速热退火研究

系统研究了快速热退火对锌扩散的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布,结果表明退火过程会影响杂质浓度,但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映,未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析,未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流,因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器,快速热退火是不必要的工艺。     

平面型InGaAs红外探测器I-V特性研究

采用闭管扩散方式,利用SiO2及Si3N4扩散掩膜在NIN型InP/In0.53Ga0.47As/InP外延材料上制备了两种不同的平面型InGaAs红外探测器,研究了室温下不同扩散区面积的两种器件的正向I-V特性及反向暗电流密度与器件周长面积比的关系,结果表明,扩散区边缘的钝化是平面型InGaAs探测器的制备过程中非常重要的一环,而且Si3N4薄膜的钝化效果优于SiO2薄膜。室温下和-0.1V偏压下,采用Si3N4扩散掩膜的器件的暗电流密度约为20nA/cm2。     

微结构对CVD金刚石X射线探测器电性能的影响

制备了结构为Au/金刚石膜/Si/Al的光导型X射线探测器,研究了金刚石膜微观结构对器件暗电流-电压特性、电流-温度特性以及在稳态X射线辐照下响应特性的影响.研究表明,采用[001]结构金刚石膜制备的器件具有较大的暗电流和X射线响应.在高于500K的温度区域内,随着温度的上升,器件暗电流以指数式上升,这可能与Si占据金刚石格点产生1.68eV的激活能有关.     

In0.53Ga0.47As/InP高速光电二极管材料生长及光电性能

利用低压MOCVD技术制备PIN结构的InP基InGaAs外延材料。采用分层吸收渐变电荷倍增(SAGCM)结构,通过两次Zn扩散、多层介质膜淀积、Au/Zn p型欧姆接触、Au/Ge/Ni n型欧姆接触等标准半导体平面工艺,设计制造正入射平面In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管器件。该器件采用与InP衬底晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As材料做吸收层,InP材料做倍增层,同时引入InGaAsP梯度层。探测器件光敏面直径50μm,器件测试结果表明该器件光响应特性正常,击穿电压约43 V,在低于击穿电压3 V左右可以得到大约10 A/W的光响应度,在0 V到小于击穿电压1 V的偏压范围内,暗电流只有1 nA左右。光电二极管在8 GHz以下有平坦的增益,适用于5 Gbit/s光通信系统。     

中波-长波双色量子阱红外探测器

采用n型掺杂的AlGaAs/GaAs和AlGaAs/InGaA多量子阱材料,基于MOCVD外延生长技术,利用成熟的GaAs集成电路加工工艺,设计并制作了不同结构的中波-长波双色量子阱红外探测器(QWIP)器件,器件采用正面入射二维光栅耦合,光栅周期设计为4μm,宽度2μm;对制作的500μm×500μm大面积双色QWIP单元器件暗电流、响应光谱、探测率进行了测试和分析。在-3V偏压、77K温度和300K背景温度下长波(LWIR)和中波(MWIR)QWIP的暗电流密度分别为0.6、0.02mA/cm2;-3V偏压、80K温度下MWIR和LWIR QWIP的响应光谱峰值波长分别为5.2、7.8μm;在2V偏压、65K温度下,LWIR和MWIR QWIP的峰值探测率分别为1.4×1011、6×1010cm.Hz1/2/W。     

分子束外延InAlSb红外探测器光电性能的温度效应

采用分子束外延生长方法在InSb （100）衬底上生长p+-p+-n-n+势垒型结构的In1-xAlxSb外延层。运用X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征,InAlSb外延层的半峰宽为0.05,表明外延材料的单晶性能良好,并通过布拉格方程和维戈定律计算出Al组分为2.5%。然后将外延材料制备成多元红外探测并测得77~210 K下的光谱响应曲线,实验发现探测器的截止波长从77 K时的4.48 m增加至210 K时的4.95 m。通过数据拟合得出In0.975Al0.025Sb禁带宽度的Varshni关系式以及其参数Eg（0）、和的值分别为0.238 6 eV,2.8710-4 eV/K,166.9 K。经I-V测试发现,在110 K,-0.1 V偏压下,器件的暗电流密度低至1.0910-5 A/cm-2,阻抗为1.40104 cm2,相当于77 K下InSb探测器的性能。同时分析了温度对器件不同类型的暗电流的影响程度,并得到器件的扩散电流与产生-复合电流的转变温度约为120 K。     

高速InP/InGaAs雪崩光电二极管

采用分层吸收渐变电荷倍增(SAGCM)结构,通过两次扩散、多层介质淀积、AuZn p型欧姆接触、AuGeNi n型欧姆接触等工艺,设计制造了正面入射平面InP/InGaAs雪崩光电二极管,器件利用InGaAs做吸收层,InP做增益层,光敏面直径50 μm;测试结果表明器件有正常的光响应特性,击穿电压32～42 V,在低于击穿电压2 V左右可以得到大约10A/W的光响应度,在0到小于击穿电压1 V的偏压范围内,暗电流只有1 nA左右;器件在2.7 GHz以下有平坦的增益.     

新型台面型GaAs基BIB探测器的背景电流测试与分析

制备了响应在太赫兹波段的台面型砷化镓(GaAs)基阻挡杂质带(BIB)探测器,并进行了背景电流的测试分析。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺进行外延层生长,能更有效地控制吸收层的掺杂浓度,提高阻挡层的纯度。另外,搭建了GaAs基BIB探测器的低温测试系统,在 3.4 K测试温度下,对器件施加-5~5 V偏压,测得300 K背景响应电流在10-2~10-6 A量级。在低电流区,电流随偏压增加的速率相对较快;在高电流区,电流随偏压增加的速率变得相对平缓。且对于相同偏压绝对值,正偏压工作模式下的背景响应电流比负偏压工作模式下的背景电流高。基于测试结果,重点分析了GaAs基BIB探测器的光电输运机理。     

InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流特性分析

利用二极管电流解析模型分析了InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流的主导机制。首先,通过变面积二极管I-V测试证实77 K下采用阳极硫化加SiO₂复合钝化的InAs/GaSb超晶格长波红探测器的暗电流主要来自于体电流,而非侧壁漏电流;然后,利用扩散电流、产生复合电流、直接隧穿电流和陷阱辅助隧穿电流模型对InAs/GaSb超晶格长波红外探测器的暗电流进行拟合分析。结果表明:在小的反向偏压下(≤60 mV),器件暗电流主要由产生复合电流主导,而在高偏压下(>60 mV）,器件暗电流则主要由缺陷陷阱辅助隧穿电流主导。并分析了吸收层掺杂浓度对这两种电流的影响,证实5×1015~1×1016 cm?3是优化的掺杂浓度。     

InAsSb势垒阻挡型红外探测器暗电流特性研究

计算了不同温度下由辐射复合和俄歇复合决定的InAsSb材料的载流子寿命,结果表明,低温下n型InAsSb材料的载流子寿命受限于辐射复合过程,而高温下InAsSb材料的载流子寿命取决于Auger 1复合过程。讨论了势垒阻挡型器件的暗电流解析模型及暗电流抑制机理,通过在nBn吸收层的另一侧增加重掺杂的n型电极层形成nBnn⁺结构对吸收区内的载流子进行耗尽,吸收区少数载流子浓度降低约两个数量级,从而进一步降低器件暗电流。成功制备了InAsSb-基nBnn⁺器件,150 K下器件暗电流低至3×10^-6 A/cm²,采用势垒结构器件的暗电流解析模型对150 K下器件的暗电流进行拟合分析,结果表明由于势垒层为p型掺杂,在吸收层形成耗尽区,导致器件中的产生复合电流并没有完全被抑制,工作温度低于180 K,器件暗电流受限于产生复合电流,工作温度高于180 K,器件暗电流受限于扩散电流。     

基于InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构的肖特基光电探测器研究

石墨烯具有电子迁移率高、透过率高(T≈97.7%)且费米能级可调的特性。砷化镓的电子迁移率比硅的大5到6倍。引入砷化铟量子点后,光电探测器具有低暗电流、高工作温度、高响应率和探测率的特点,因而可被用于制备响应快、量子效率高和光谱宽的光电探测器。对基于InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构的肖特基结的I-V特性和光电响应进行了研究。结果表明,在0 V偏压下,该器件在400 nm～950 nm均有响应,峰值响应率可达0.18 A/W;在反向偏压下,器件的峰值响应率可达到0.45 A/W。通过对暗电流随温度变化的特性进行分析,得到了InAs/GaAs量子点-石墨烯肖特基结在室温附近以及80 K附近的势垒高度。