半导体紫外探测器技术进展

介绍了几种新型半导体紫外探测器。列出了这类探测器的各项用途及优点，并对其结构，制作方法以及性能作出了简要说明。N化物半导体紫外探测器具有探测波长范围可调，可靠性好等优点，可以认为是半导体紫外探测器发展的主要方向。     

快速响应的垂直结构二维钙钛矿光电探测器

制备基于二维钙钛矿(PEA)₂(MA)₄Pb₅I₁₆[PEA为C₆H₅(CH₂)NH₃, MA为CH₃NH₃]的垂直结构光电探测器,当二维钙钛矿薄膜厚度为280 nm时,器件的亮电流最大,500 nm处外量子效率达到90%,响应率达到0.37 A/W,探测率达到3.4×10¹² Jones(1 Jones=1 cm·Hz^1/2/W)。当二维钙钛矿薄膜厚度减小时,器件的响应时间没有持续减小,而在其厚度为80 nm时器件的响应时间最短,这是受载流子渡越时间和钙钛矿薄膜质量双重影响下的结果。在二维钙钛矿薄膜厚度为80 nm的基础上,通过减小器件的有效面积,其最终实现了113 ns的响应时间。本工作对推动低成本快速响应光电探测器的发展有着重要意义。     

高响应度GaN紫外探测器

采用MOCVD方法,在蓝宝石衬底上以低温GaN为缓冲层生长了GaN外延层。以上述材料制备了金属-半导体-金属(M-S-M)光导型GaN探测器。该探测器的光谱响应表明:器件在330～360nm内有高的灵敏度,并且在360nm附近有陡峭的截止边,对可见光和近红外光几乎没有响应,在5V偏压下358nm处峰值响应度高达1200A/W。研究了光从探测器的正、背面入射时对响应度的影响,并讨论了其原因。     

基于SnS2/InSe异质结的高性能宽带光电探测器(英文)

我们报道了一种基于SnS₂/InSe垂直异质结的宽带光电探测器,其光谱范围为365-965 nm。其中,InSe作为光吸收层,有效扩展了光谱范围,SnS₂作为传输层,与InSe形成异质结,促进了电子-空穴对的分离,增强了光响应。该光电探测器在365 nm下具有813 A/W的响应度。并且,在965nm光照下它仍然具有371 A/W的高响应度,1.3×10⁵%的外量子效率,3.17×10¹² Jones的比探测率,以及27 ms的响应时间。该研究为高响应宽带光电探测器提供了一种新的方法。     

自供能Bi2O2Se/TiO2异质结紫外探测器的制备与光电探测性能

采用一步水热法合成了不同质量分数的Bi₂O₂Se/TiO₂异质结构,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征,并基于Bi₂O₂Se/TiO₂异质结制备了紫外探测器。实验结果表明：在365 nm紫外光的照射下,Bi₂O₂Se的质量分数为60%时,Bi₂O₂Se/TiO₂异质结探测器的光电探测性能最好,光电流高于Bi₂O₂Se探测器,是TiO₂探测器的7倍;响应时间约为30 ms,是TiO₂探测器的1/6。Bi₂O₂Se/TiO₂异质结探测器的响应度和探测率分别为10^-3A/W、1.08×10⁷cm·Hz^1/2/W,均比...     

MSM光电探测器特性二维数值模拟

为了解释在InGaAs金属-半导体-金属光电探测器(MSM—PD)内光产生载流子的行为及器件内电场分布,本文用有限元法数值求解了含复合项的二维泊松方程、电流连续方程及电荷俘获速率方程。得到了InGaAs MSM光电探测器的电流—电压特性及器件内电场和载流子分布。模拟结果解释了实验观察到的雪崩击穿现象,并表明电子电流比空穴电流提前饱和。     

Au/TiO2复合纳米结构增强热电子光电探测器宽谱响应性能

宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子,将它们与宽带隙半导体构成异质结构,便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO₂复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO₂层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构,Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO₂复合纳米结构的协同作用,该器件在400～900 nm范围内具有宽谱光吸收性能,器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上,该器件能够探测TiO₂本征吸收波段以外的入射光子。例如,在600 nm波长处,器件的响应率为9.67μA/W,线性动态范围为60 dB,器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外,利用有限元法进行了仿真计算,通过电场分布图验证了Au/TiO₂复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。     

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%.     

TiO2薄膜紫外探测器的光电特性

采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel），在Si衬底上生长了TiO2纳米薄膜，并用此材料制备了光电导型的TiO2薄膜紫外光探测器．通过测量探测器的光电流与照射光波长的关系，可以看出，TiO2探测器在紫外波段230～280nm有很明显的光响应，光电流谱线近乎平坦；在280nm处光响应出现明显下降，且跨度较大，直至360nm又再次趋于平坦．测量了250nm波长处的响应度和外加偏压的关系，发现响应度随外加偏压的增加而增加，5V时达到饱和．     

TiO2薄膜紫外探测器的光电特性

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel),在Si衬底上生长了TiO2纳米薄膜,并用此材料制备了光电导型的TiO2薄膜紫外光探测器.通过测量探测器的光电流与照射光波长的关系,可以看出,TiO2探测器在紫外波段230～280nm有很明显的光响应,光电流谱线近乎平坦;在280nm处光响应出现明显下降,且跨度较大,直至360nm又再次趋于平坦.测量了250nm波长处的响应度和外加偏压的关系,发现响应度随外加偏压的增加而增加,5V时达到饱和.     

低维半导体/钙钛矿异质结构光电探测器的研究进展

光电探测器能将光辐照转换为电信号,是光电系统中接收端的核心部件,在国民经济、警用装备以及诸多军事领域都有着重要的应用。基于传统材料的光电探测器面临性能不够优越、单个探测器检测范围窄等问题。近年来,低维半导体和钙钛矿材料在光电探测器领域引起研究人员的广泛关注。相较单一材料,基于低维半导体/钙钛矿异质结构的光电探测器在光响应度、外量子效率、探测率以及响应时间上都有着更为优越的性能,逐渐成为研究热点。简述了光电探测器的基本性质以及钙钛矿材料常见的制备方法,进一步介绍了国内外关于低维半导体/钙钛矿异质结构光电探测器的主要研究进展,探讨了目前优化性能的主要措施,最后对发展前景进行了展望,并提出了相关建议。     

Al浓度对AZO紫外探测器性能的影响

采用射频溅射工艺,在石英基片上制备了未掺和掺Al浓度分别为5%、10%、15%及20%(原子分数)的氧化锌(AZO)薄膜.研究了薄膜的结构和光学性质,结果表明,所制备的薄膜具有c轴择优取向,随着Al浓度的增加,薄膜光学吸收边蓝移.在薄膜上真空蒸发沉积金叉指电极制备了MSM结构光电导紫外探测器,光谱响应测试表明,在5 V偏压下掺Al浓度为5%的探测器在375 nm紫外光照下响应度为37 A/W,对400 nm以上可见光响应度减小了1个数量级.     

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.     

垂直型g-C3N4/p++-Si异质结器件的光电性能

通过旋涂法制备垂直型的g-C₃N₄/p⁺⁺-Si异质结器件,研究该异质结器件的光电特性,探索其在可见和紫外光区的光电响应规律。该器件在零偏压和反偏压下均有明显的光电响应。在-1 V偏压下器件响应度为1.52 mA/W(激光波长532 nm,光强3.82 mW/mm²),响应时间约为0.94 s,光电流开关比为1.03×10³。相比于g-C₃N₄器件,g-C₃N₄/p⁺⁺-Si异质结器件具有更高的光电灵敏度。经过分析,其光电性能的提高是由于g-C₃N₄与Si之间形成了高质量的内建电场,该内建电场有效分离了g-C₃N₄中具有高结合能的激子,从而获得高的光生电流。特别是该器件在零偏压条件下的光电流开关比仍然可达10³以上,响应速度为0.5 s,表明g-C₃N₄/p⁺⁺-Si异质结器件在自供电低噪声光电探测器领域具有很好的应用前景。     

大面积枕型二维位敏探测器的研制

在简要分析二维位敏探测器工作原理的基础上,详细介绍了一种大面积枕型二维位敏探测器的结构设计和制作工艺。对器件响应度、暗电流、位置分辨率,以及位置线性度等性能参数进行了分析。测试结果显示,器件在峰值波长λp=930nm处的响应度达0.63A/W,暗电流小于300nA(VR=10V),位置分辨率小于10μm,位置非线性度小于5%。     

基于 InSe/MoTe2 异质结构的超灵敏宽光谱光电探测器

基于光栅效应的二维材料垂直结构可实现高灵敏度和宽光谱光探测器。本文报告了一种基于硒化铟（InSe）/二碲化钼（MoTe₂）垂直异质结构的高灵敏度光电探测器,该探测器在 365~965 nm 波长范围内具有出色的宽光谱探测能力。顶层的InSe用作调节沟道电流的光栅层,MoTe₂ 则用作传输层。通过结合两种材料的优势,该光电探测器的响应时间为 21.6 ms,比探测率在365 nm光照下可以达到1.05×10¹³ Jones,在965nm光照下也可达到10⁹ Jones数量级。外量子效率可达 1.03×10⁵%,显示出强大的光电转换能力。     

ZnO基异质结紫外探测器光电特性研究

n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器存在响应度低和响应范围广的问题,为了获得更好的紫外探测性能,设计了一种n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器。应用TCAD仿真软件模拟了n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器的光学和电学特性,模拟结果表明：n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器暗电流为10^-15 A,较n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器降低了一个数量级;ZnO/p-SiC探测器响应度高达0.41 A/W,较n-ZnO/p-Si器件提高了156%,且n-ZnO/p-SiC紫外探测器仅对紫外光有响应,有效抑制了n-ZnO/p-Si紫外探测器对可见光的响应。     

ZnO纳米颗粒的紫外光探测器制备及其特性

为了发展高性能、低成本和结构简单的ZnO紫外 光探测器。在本文中,利用溶液法,制备出ZnO 纳米颗粒,采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计和荧光 光谱仪,分别 研究了ZnO纳米颗粒的形貌、晶相结构和光学特性。结果显示:样品呈球形状的颗粒,尺寸 分布在6~8.5nm 之间,平均粒径为7.1nm,为六方纤锌矿结构。发现ZnO纳米颗 粒的陡峭吸收边出现在370nm附近,在390nm 处出现一个很强的近带边发射峰和一宽泛的可见光发光带。此外,利用制备的ZnO纳米颗粒 ,旋涂在刻蚀 有叉指电极的FTO(SnO₂:F)上,制备出紫外光探测器,测试了它在暗态和365 nm紫外光照下的电流-电压(I-V) 和电流-时间(I-t)特性。结果表明:紫外光探测器的灵敏度、光响应度、响 应时间、恢复时间分别为62.4(在 －3.5V处),13.6A/W(在+5V处), 15s。另外,它的光响应机理主要由于ZnO纳米 颗粒表面吸附的氧起主导作用。     

极坐标二维位敏光电探测器的设计

设计了一种极坐标二维位敏光电探测器,它采用一维位敏光电探测器测量原理测量光点的二维参数,经处理后得到光点的二维极坐标.该器件采用一种特殊的平面曲线形式的光敏面结构,可以广泛地应用于军事及民用领域中.     

TiO2/ZnO薄膜紫外探测器的光电特性

的光电流,且其光响应的上升弛豫时间约为22 S,下降响应时间约为80s;响应时间较长是由于广泛分布于薄膜中的缺陷而造成的.结果表明TiO2/ZnO可作为一种良好的紫外探测材料.