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.     

GaN/6H-SiC紫外探测器的光电流性质研究

本文研究了以金属有机物化学气相沉积方法生长在６Ｈ－ＳｉＣ衬底上的ＧａＮ外延薄膜制成的光导型紫外探测器的光电流性质．通过对其光电流谱的测量，获得了ＧａＮ探测器在紫外波段从２５０～３６５ｎｍ近于平坦的光电流响应曲线，并且观察到在～３．４ｅＶ带边附近陡峭的截止边，即当光波长在从３６５ｎｍ变到３７５ｎｍ的１０ｎｍ区间内，光电流信号下降了３个数量级．在３６０ｎｍ波长处，我们测得ＧａＮ探测器在５Ｖ偏压下光电流响应度为１３３Ａ／Ｗ，并得到了其响应度与外加偏压的关系．通过拟合光电流信号强度与入射光调制频率的实验数据     

高响应度GaN肖特基势垒紫外探测器的性能与分析

制作了反向饱和电流为5.5×10-14 A/cm2,势垒高度为1.18eV的GaN肖特基势垒紫外探测器.测量了探测器分别在零偏压及反向偏压下的光谱响应度,响应度随反向偏压无显著变化,零偏压下峰值响应度在波长358.2nm处达到了0.214A/W.利用波长359nm光束横向扫描探测器的光敏面,测量了探测器在不同偏压下的空间响应均匀性,相应偏压下的光响应在光敏面中央范围内响应幅值变化不超过0.6%.光子能量在禁带边沿附近的光束照射下,GaN肖特基势垒紫外探测器存在势垒高度显著降低现象,这种现象在肖特基透明电极边沿及其压焊电极附近表现得更为突出.探测器在368和810nm波长光一起照射时的开路电压比只有368nm光照射时的开路电压大,而零偏压下两者的光电流近似相等.利用这种开路电压变化效应估算了探测器在368nm光照射下,表面被俘获空穴的面密度变化量约为8.4×1010 cm-2.     

高响应度GaN肖特基势垒紫外探测器的性能与分析

制作了反向饱和电流为5.5×10-14 A/cm2,势垒高度为1.18eV的GaN肖特基势垒紫外探测器.测量了探测器分别在零偏压及反向偏压下的光谱响应度,响应度随反向偏压无显著变化,零偏压下峰值响应度在波长358.2nm处达到了0.214A/W.利用波长359nm光束横向扫描探测器的光敏面,测量了探测器在不同偏压下的空间响应均匀性,相应偏压下的光响应在光敏面中央范围内响应幅值变化不超过0.6%.光子能量在禁带边沿附近的光束照射下,GaN肖特基势垒紫外探测器存在势垒高度显著降低现象,这种现象在肖特基透明电极边沿及其压焊电极附近表现得更为突出.探测器在368和810nm波长光一起照射时的开路电压比只有368nm光照射时的开路电压大,而零偏压下两者的光电流近似相等.利用这种开路电压变化效应估算了探测器在368nm光照射下,表面被俘获空穴的面密度变化量约为8.4×1010 cm-2.     

n-ZnO/p-Si紫外至近红外增强型广谱光探测器

采用直流反应溅射法,在一定的溅射功率和衬底温度等条件下控制气体组分,优选Ar:O2＝8:1成功研制出高响应度n-ZnO/p-Si紫外至近红外增强型广谱光探测器.实验关键是利用缺O法在n-ZnO薄膜内有效引入O缺位Vo,而Vo可增强紫蓝波段的光响应.测试结果显示,ZnO薄膜的光致发光(PL)谱除在388 nm处存在紫外带边发射主峰外,还在416 nm处出现由O缺位导致的发射峰;X射线衍射(XRD)谱表明,薄膜中的晶体为高c轴取向的纤锌矿结构;n-ZnO/p-Si光探测器在光照时I-V特性显示,光电流随反向偏压的增加迅速上升;在5 V的反向偏压下,紫外区(310～388 nm)的光响应高达0.75～1.38 A/W,紫蓝光区(400～430 nm)的光响应大大增强,400～800 nm波段的光谱响应稳定在0.90 A/W.     

锐钛矿TiO2薄膜的制备及其紫外光电导性能研究

采用直流反应磁控溅射的方法, 溅射高纯钛靶在ITO石英衬底上制备了TiO2薄膜.用Raman光谱、AFM和紫外-可见光分光光度计分别测试了TiO2薄膜的结构、表面形貌和紫外-可见光吸收谱,研究了工艺因素中溅射气压、氧氩比和退火温度对薄膜结构的影响.采用C(胶)/TiO2/ITO三层结构研究了锐钛矿TiO2薄膜的紫外光响应.实验结果表明:较低的溅射气压、合适的氧氩比和较高的退火温度有利于锐钛矿TiO2薄膜的结晶.在2V的偏压下,锐钛矿TiO2薄膜的紫外光响应上升弛豫时间约为3s,稳定光电流可达到2.1mA,对紫外光的灵敏性和稳定的光响应表明TiO2薄膜有可能成为一种新的紫外光探测器材料.     

ZnO薄膜紫外探测器的光电性质

采用直流反应磁控溅射的方法制备ZnO薄膜, 用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见光谱仪(UV-Vis)分别表征ZnO薄膜的晶体结构和表面形貌等特征。并用此材料制备Au/ZnO/Au金属-半导体-金属(MSM)结构光电导型ZnO薄膜紫外光探测器。实验结果表明, ZnO探测器在360 nm出现明显光响应,其光电流为2.5 mA, 在5 V偏置电压下暗电流为250 μA; ZnO紫外探测器在250～380 nm的紫外波段, 探测器有很明显的光响应, 且光电流响应比较平坦; 在380～430 nm区域, 光响应明显下降; 其光响应的上升与下降弛豫时间分别为20 s与80 s。从光谱响应图中可以看出紫外(360 nm)比可见区(450 nm)的光响应高出3个数量级, 薄膜表面存在的缺陷(如氧空位)在ZnO紫外探测器的光电效应中有重要作用。     

β-Ga_2O_3薄膜的分子束外延生长及其紫外光敏特性研究

采用分子束外延(MBE)方法在Al2O3(0001)基片上生长了β-Ga2O3薄膜,利用XRD、SEM和AFM对薄膜的结构和形貌特性进行了表征。制作了基于β-Ga2O3薄膜的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器并对其进行了电学特性测试,结果表明:在20 V偏压下,器件的暗电流为8 nA;在波长为254 nm、光照强度为13×10–6W/cm2的紫外光照射下,器件的光电流为624 nA;器件的光电流与暗电流比值为78,光响应度达360 A/W,表现出明显的日盲紫外光响应特性。     

GaN基肖特基结构紫外探测器

在蓝宝石(0001)衬底上采用低压金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN外延层结构,以此为材料制作了GaN基肖特基结构紫外探测器.测量了该紫外探测器的暗电流曲线、C-V特性曲线、光响应曲线和响应时间曲线.该紫外探测器在5V偏压时暗电流为0.42nA,在10V偏压时暗电流为38.5nA.在零偏压下,该紫外探测器在250nm～365nm的波长范围内有较高的响应度,峰值响应度在363nm波长处达到0.12A/W,在365nm波长左右有陡峭的截止边;当波长超过紫外探测器的截止波长(365nm左右),探测器的响应度减小了三个数量级以上.该紫外探测器的响应时间小于2μs.     

InGaAs短波红外探测器的偏振响应特性分析

在偏振成像和激光功率测量技术领域,凡涉及偏振光的定量测量,都会由于光束的偏振态对探测器的影响而产生显著的误差.这种现象主要是由于许多类型的光探测器存在偏振敏感响应引起的.本文对光电探测器的偏振响应进行了分析,推导了光电探测器偏振相关损耗的斯托克斯模型.分析了SiNx钝化膜对InGaAs探测器偏振响应的影响.结果表明,无SiNx钝化膜时,随着入射角度的增加,偏振响应损耗明显增加,而随着波长的增加,偏振响应损耗明显降低;采用SiNx钝化膜时,随着波长的增加,偏振响应损耗先减小后增加.由于设计的SiNx薄膜的增透中心波长为1550nm,1310nm波长处的偏振响应损耗大于1550nm处的偏振响应损耗.     

高响应度InGaAs PIN光电探测器的研制

分析了影响探测器响应度的各因素,在此基础上设计了InGaAs/InP PIN探测器的外延材料结构并优化了增透膜厚度和p-InP区欧姆接触电极图形的设计,以达到提高响应度的目的。采用MOCVD技术和闭管扩散等工艺制备了器件并测量了其响应度。结果显示,器件的光谱响应范围为1000~1600nm,在1500nm激光的辐照下,5V反向偏压时器件的响应度可达0.95A/W以上。     

高响应度InGaAs PIN光电探测器的研制

分析了影响探测器响应度的各因素，在此基础上设计了InGaAs/InP PIN探测器的外延材料结构并优化了增透膜厚度和p-InP区欧姆接触电极图形的设计，以达到提高响应度的目的。采用MOCVD技术和闭管扩散等工艺制备了器件并测量了其响应度。结果显示，器件的光谱响应范围为1000-1600nm，在1500nm激光的辐照下，5V反向偏压时器件的响应度可达0.95A/W以上。     

Broadband Photoresponse Enhancement of a High‐Performance t‐Se Microtube Photodetector by Plasmonic Metallic Nanoparticles

Broadband responsivity enhancement of single Se microtube (Se‐MT) photodetectors in the UV–visible region is presented in this research. The pristine Se‐MT photodetector demonstrates broadband photoresponse from 300 to 700 nm with peak responsivity of ≈19 mA W^?1 at 610 nm and fast speed (rise time 0.32 ms and fall time 23.02 ms). To further enhance the responsivity of the single Se‐MT photodetector, Au and Pt nanoparticles (NPs) are sputtered on these devices. In contrast to only enhancement of responsivity in UV region by Pt NPs, broadband responsivity enhancement (≈600% to ≈800%) of the Se‐MT photodetector is realized from 300 to 700 nm by tuning the size and density of Au NPs. The broadband responsivity enhancement phenomena are interpreted by both the surface modification and surface plasmon coupling. The experimental results of this work provide an additional opportunity for fabricating high‐performance UV–visible broadband photodetectors.     

Photodiodes and junction field-effect transistors with high UV sensitivity

Silicon photodiodes and photo-FET's with high blue and UV sensitivity have been produced by a special boron diffusion process. Diodes with a junction depth around 0.2 µm exhibit a responsivity of 0.1 A/W at 253 nm; the maximum responsivity (with a quantum efficiency close to 100 percent) is reached at 440 nm. The responsivity of the photo-FET's operating in the photoconductive mode (VGS= 0) exceeds 10³A/W at 350 nm. The spectral response curve and the large-signal behavior of the photo-FET's are strongly dependent on the operating conditions.     

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。     

一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器的研制

采用Ni/Au作为肖特基接触制备了一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器,并测量和分析了阵列器件的Ⅰ-Ⅴ、光谱响应特性.结果表明,阵列探测器性能均匀性好,击穿电压均高于100V.阵列中单器件暗电流小,在偏压为20V的时候,最大暗电流均小于5pA(电流密度为5nA/cm2),光电流比暗电流高3个数量级以上.其光谱响应表明,单器件在电压为20V时的响应度约为0.09A/W,比400nm时的比值均大5000倍,说明探测器具有良好的紫外可见比.     

Pt/CdS Schottky势垒紫外探测器的研制

介绍了Pt/CdS金属半导体接触Schottky势垒形成及In/CdS的欧姆接触工艺研究,由此制成了紫外探测器.测试了探测器的Ⅰ-Ⅴ特性,零偏下的光谱响应和器件的频率响应.观察了器件的反偏响应情况.获得的探测器在λ=440am处加两伏反偏时的响应率为0.17A/W,内量子效率最大可达64%.     

U型凹槽电极硅MSM结构光电探测器的研制

为了提高硅MSM结构光电探测器的光电响应度,制备了U型凹槽电极结构的探测器.5 V偏压下,对650 nm波长入射光的绝对光电响应度测试表明,凹槽电极结构的探测器最大光电响应度值为0.486 A/W,比同样尺寸的平版结构光电探测器提高了约6倍.文中也对比了具有抗反射膜和不具有抗反射膜的器件相对响应光谱的差别,并且比较分析了叉指间隙分别为5 μm和10 μm器件光电响应的不同.     

4H-SiC金属-半导体-金属结构紫外探测器的模拟与分析

用MEDICI软件对金属-半导体-金属(MSM)结构4H-SiC紫外(UV)探测器的I-V特性以及光谱响应等特性进行了模拟与分析,并探讨了金属电极的宽度、电极间距以及外延层厚度对探测器响应度的影响.结果表明,室温下该探测器的暗电流线性密度达到10-13A/μm,且在不同电压下光电流至少比暗电流大两个数量级;探测器的光谱响应范围为200~400 nm,在347 nm处响应度达到极大值;增大指宽或者减小指间距可以提高探测器的响应度;当波长小于峰值波长时外延层厚度对探测器的响应度基本没影响,而当波长大于峰值波长时随着外延层厚度的增大探测器的响应度有所增大.     

基于SOI的蓝紫光探测器的设计

针对仿生微纳导航传感器对380～520nm波长的探测要求,从Lambert定理出发,设计了一种蓝紫光探测器,并对器件的结构和工艺进行了优化分析.利用SOI硅片上薄的单晶硅层,实现了较高的蓝紫光响应度,同时抑制了可见光中的长波和近红外光的响应度.当SOI硅片的器件层厚度为3μm时,450nm波长的响应度为0.348 A/W,900nm波长的响应度为0.054 A/W.数值计算和理论分析表明,设计的器件是一种高性能的蓝紫光敏感光电探测器.

Abstract：

According to the requirement of detecting the wavelength of 380~520 nm of the bionic micro-nano navigation sensor,a blue/violet sensitive silicon photodetector based on Lambert Law was proposed.The structure and process were optimized and analyzed.By taking advantage of the thin layer of SOI wafer,the detector repressed the responsivity of longer wavelength in the visible and near-infrared range while maintaining a high blue/violet responsivity.When the thickness of the device layer of the SOI wafer was 5 μm,the responsivities of λ= 450 nm and λ= 900 nm were 0.348 A/W and 0.054 A/W respectively.Numerical calculation and theoretical analysis show that the designed device is a high performance photodetector with high blue/violet responsivity.