采用Al/TaN叠层电极提高Si基Ge PIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应, 导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻, 限制了Si基Ge探测器响应带宽. 本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的Ge PIN光电探测器. 对比了电极分别为金属Al和Al/TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基Ge PIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数. 发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻, 将台面直径为24 μ的探测器在1.55 μ的波 长和-1 V偏压下的3 dB响应带宽提高了4倍. 同时, 器件暗电流减小一个数量级, 而响应度提高了2倍. 结果表明, 采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极, 可有效钝化金属与Ge界面, 减轻费米钉扎效应, 降低金属与n-Ge接触的势垒高度, 因而减小接触电阻和界面复合电流, 提高探测器的光电性能.     

高性能SOI基GePIN波导光电探测器的制备及特性研究

本文报道了在SOI衬底上外延高质量单晶Ge薄膜并制备高性能不同尺寸Ge PIN波导光电探测器.通过采用原子力显微镜、X射线衍射、拉曼散射光谱表征外延Ge薄膜的表面形貌、晶体质量以及应变参数,结果显示外延Ge薄膜中存在约0.2%左右的张应变,且表面平整,粗糙度为1.12 nm.此外,通过暗电流、光响应度以及3 dB带宽的测试来研究波导探测器的性能,结果表明尺寸为4μm×20μm波导探测器在-1 V的反向偏压下暗电流密度低至75 mA/cm~2,在1.55μm波长处的响应度为0.58 A/W,在-2 V的反向偏压下的3 dB带宽为5.5 GHz.     

采用AI／TaN叠层电极提高Si基GePIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应,导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻,限制了si基Ge探测器响应带宽．本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的GePIN光电探测器．对比了电极分别为金属Al和A1／TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基GePIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数．发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻,将台面直径为24um的探测器在1．55um的波长和-1V偏压下的3dB响应带宽提高了4倍．同时,器件暗电流减小一个数量级,而响应度提高了2倍．结果表明,采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极,可有效钝化金属与Ge界面,减轻费米钉扎效应,降低金属与n-Ge接触的势垒高度,因而减小接触电阻和界面复合电流,提高探测器的光电性能．     

一种减小GaN基肖特基结构紫外探测器暗电流的方法

提出了一种减小GaN肖特基结构紫外探测器暗电流的方法.该方法是在普通的GaN肖特基结构的表面增加一层薄的p-GaN.模拟计算结果表明,该层p-GaN能增加肖特基势垒高度,从而减小了器件的暗电流,提高了器件性能.进一步的计算还发现,对于p型载流子浓度较高的情况下,只需要很薄的一层p-GaN就能显著增加肖特基势垒高度,对于p型载流子浓度较低的情况下,则需要较厚的一层p-GaN才能有较好的肖特基势垒高度增加效果. 关键词： GaN 肖特基结构 紫外探测器 暗电流     

低暗电流InGaAs-MSM光电探测器

MSM(金属-半导体-金属)型光电探测器的较低寄生电容和高带宽的特点使得其应用广泛,可用于空间通信、遥感等多方面,但暗电流偏大仍是制约其发展的重要因素.为此,本文研制了100×100μm2面积的InGaAs-MSM光电探测器,通过设计InAlGaAs/InGaAs短周期超晶格和InAlAs肖特基势垒增强结构,将器件暗电流密度降至0.6pA/μm2(5V偏置),改善了目前同类器件的信噪比.对器件光电参数进行了表征:3dB带宽6.8GHz,上升沿58.8ps,1550nm波段响应度0.55A/W,光吸收区域外量子效率88%.分析了短周期超晶格和肖特基势垒增强层对暗电流的抑制机理.     

基于4H-SiC肖特基势垒二极管的γ射线探测器

针对极端环境下耐高温和耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用外延层厚度为100μm的4H碳化硅(4H-SiC)制备成肖特基二极管探测器,研究了该探测器对~(241)Am源γ射线的能谱响应.采用磁控溅射金属Ni制备了肖特基二极管的欧姆接触和肖特基接触,利用室温电流-电压和电容-电压测试研究了二极管的电学特性.欧姆特性测试表明,1050°C退火时,欧姆接触特性最好.从正向电流-电压曲线得出二极管肖特基势垒高度为1.617 eV,理想因子为1.127,表明探测器具备良好的热电子发射特性.从电容-电压曲线获得二极管外延层净掺杂浓度为2.903×10~(14)cm~(-3),并研究了自由载流子浓度在外延层中的纵向分布.在反向偏压为500 V时,二极管的漏电流只有2.11 nA,具有较高的击穿电压.测得在-300 V条件下,SiC二极管探测器对能量为59.5 keV的γ射线的能量分辨率为9.49%(5.65 keV).     

基于Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

采用旋涂Al_2O_3前驱体溶液和低温退火的方法在活性层上形成Al_2O_3薄膜,并与MoO_3结合形成Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层,制备了以聚3-己基噻吩:[6.6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(P3HT:PC_(61)BM)为活性层的倒置聚合物太阳能电池,并通过改变Al_2O_3前驱体溶液的浓度来分析复合阳极缓冲层对器件性能的影响.结果发现,Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层能有效调控倒置聚合物太阳能电池的光电性能及其稳定性.当Al_2O_3前驱体溶液的浓度为0.15%时,器件光伏性能达到最优值,与MoO_3单缓冲层的器件相比,光电转换效率(PCE)由3.85%提高到4.64%;经过80天老化测试后,具有复合阳极缓冲层的器件PCE保留为初始值的76%,而单缓冲层的器件PCE已经下降到50%以下.器件性能得到改善的原因是Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层增强了倒置太阳能电池器件阳极对空穴的收集能力,同时钝化了器件活性层,从而提升了太阳能电池器件的光伏性能及其稳定性.     

掺铁InP肖特基势垒增强InGaAs MSM光电探测器

采用LP-MOVPE方法及常规器件工艺制成了InP:Fe肖特基势垒增强InGaAsMSM光电探测器。用自建测试系统对其直流和瞬态特性进行了测试,测试结果表明,器件的击穿电压大于10V,2V偏压下暗电流为170nA,对应的暗电流密度约为3mA/cm²;瞬态响应中上升时间tr为21ps,半高宽FWHM为75ps.     

In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管响应及电学特性

通过分子束外延生长和开管式Zn扩散方法,制备了低暗电流、宽响应范围的In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管.在0.95倍雪崩击穿电压下,器件暗电流小于10nA;-5V偏压下电容密度低至1.43×10~(-8) F/cm~2.在1 310nm红外光照及30V反向偏置电压下,雪崩光电二极管器件的响应范围为50nW~20mW,响应度达到1.13A/W.得到了电荷层掺杂浓度、倍增区厚度结构参数与击穿电压和贯穿电压的关系:随着电荷层电荷密度的增加,器件贯穿电压线性增加,而击穿电压线性降低;电荷层电荷面密度为4.8×10~(12)cm~(-2)时,随着倍增层厚度的增加,贯穿电压线性增加,击穿电压增加.通过对器件结构优化,雪崩光电二极管探测器实现25V的贯穿电压和57V的击穿电压,且具有低暗电流和宽响应范围等特性.     

基于机械剥离β-Ga_2O_3的Ni/Au垂直结构肖特基器件的温度特性

本文制备了基于机械剥离β-Ga_2O_3的Ni/Au垂直结构肖特基器件,对该器件进行了温度特性I-V曲线测试.器件表现出了良好的二极管特性,随着温度从300 K升高至473 K,势垒高度从1.08 e V上升至1.35 e V,理想因子从1.32降低至1.19,二者表现出了较强的温度依赖特性,这表明器件的肖特基势垒存在势垒高度不均匀的问题.串联电阻随温度升高而降低,这主要是热激发载流子浓度升高导致的.本文利用势垒高度的高斯分布对器件的温度特性进行了修正,修正后的势垒高度为1.54 e V,理查孙常数为26.35 A·cm~(–2)·K~(–2),更接近理论值,这表明利用高斯分布势垒高度的热电子发射模型能够很好地解释Au/Ni/β-Ga_2O_3肖特基二极管的I-V温度特性问题,这种方法更适合用来测量β-Ga_2O_3肖特基二极管的电学参数.     

基于小分子半导体IEICO的高性能倍增型有机光电探测器

采用溶液法制备了结构为ITO/ZnO/P3HT∶IEICO/Al和ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶IEICO/Al的倍增型有机光电探测器,活性层中电子给体(P3HT)和电子受体(IEICO)的质量比为100∶1。以氧化锌(ZnO)为界面层的器件在正向与反向偏压下都能良好工作,而以PEDOT∶PSS为界面层的器件只能在反向偏压下工作。-15 V偏压下,与PEDOT∶PSS界面层器件相比, ZnO界面层器件的暗电流密度(2.2μA/cm~2)降低4倍以上,1.5 mW/cm~2光照下的光电流密度(3.7 mA/cm~2)提高3倍以上,外量子效率(External quantum efficiency,EQE)平均值(3262%)、响应度平均值(13.3 A/W)和探测灵敏度平均值(1.6×10~(13) Jones)分别提高4倍、4倍和11倍以上。这些结果表明,以ZnO为倍增型有机光电探测器的界面层,可以降低器件的暗电流密度并提高器件的EQEs,从而显著提高器件的光电性能。     

结构参数对GaN肖特基紫外探测器性能的影响及器件设计

研究了GaN肖特基结构(n^--GaN /n⁺-GaN)紫外探测器的结构参数对器件性能的影响机理。模拟计算结果表明:提高肖特基势垒高度和减小表面复合速率,不仅可以增加器件的量子效率,而且可以极大地减小器件的暗电流;适当地增加n^--GaN层厚度和载流子浓度可以提高器件的量子效率,但减小n^--GaN层的载流子浓度却有利于减小器件的暗电流。我们针对实际应用的需要,提出了一个优化器件结构参数的设计方案,特别是如果实际应用中对器件的量子效率和暗电流都有较高的要求,肖特基势垒高度应该≥0.8 eV,n^--GaN层的厚度≥200 nm,载流子浓度1×10¹⁷ cm^-3 左右,表面复合速率＜1×10⁷ cm/s。     

High-performing silicon-based germanium Schottky photodetector with ITO transparent electrode

A near-infrared germanium(Ge)Schottky photodetector(PD)with an ultrathin silicon(Si)barrier enhancement layer between the indium-doped tin oxide(ITO)electrode and Ge epilayer on Si or silicon-on-insulator(SOI)is proposed and fabricated.The well-behaved ITO/Si cap/Ge Schottky junctions without intentional doping process for the Ge epilayer are formed on the Si and SOI substrates.The Si-and SOI-based ITO/Si cap/Ge Schottky PDs exhibit low dark current densities of 33 mA/cm2 and 44 mA/cm2,respectively.Benefited from the high transmissivity of ITO electrode and the reflectivity of SOI substrate,an optical responsivity of 0.19 A/W at 1550 nm wavelength is obtained for the SOI-based ITO/Si cap/Ge Schottky PD.These complementary metal–oxide–semiconductor(CMOS)compatible Si(or SOI)-based ITO/Si cap/Ge Schottky PDs are quite useful for detecting near-infrared wavelengths with high efficiency.     

石墨烯/硅光电探测器的I-V及C-V特性

设计并制备了基于石墨烯/n型硅肖特基结的光电探测器,并从能带角度研究和分析了其I-V及C-V特性。结果表明,石墨烯/氮化硅/硅(金属-绝缘层-半导体)电容器对器件的I-V及C-V特性有较大影响。在808nm近红外光的照射下,器件反向电流和正向电流大小接近,归因于氮化硅/硅界面堆积的光生空穴向石墨烯/硅肖特基结的扩散,器件光响应度为0.26A/W。基于热发射模型从I-V暗电流曲线提取的肖特基势垒高度及理想因子分别为0.859eV和2.3。利用肖特基二极管耗尽层电容公式从C~(-2)-V曲线提取的势垒高度随着频率的增加而增加并趋于稳定在0.82eV。由于界面态的影响,石墨烯/硅肖特基结耗尽层宽度随频率增加而增加,而硅施主原子的掺杂浓度及器件电容则随频率增加而减小。     

基于MOCVD外延超薄氧化镓薄膜的高性能日盲和X射线探测器（特邀）

为了顺应光电探测器和阵列小尺寸、多功能、高密度集成的发展趋势,报告了一种基于超薄氧化镓(Ga_2O_3)制成的高性能日盲和X射线双功能探测器。基于金属有机化合物化学气相沉淀法,通过高温下的精细生长调控,实现了较薄厚度(70 nm)的高质量Ga_2O_3异质外延薄膜。得益于Ga_2O_3的超宽禁带和薄膜的高质量,基于此薄膜制备的金属-半导体-金属结构光电探测器在日盲紫外探测方面实现了5.5×10~7的光暗电流比,4.65×10~(15)Jones的探测率,3.53×10~4%的外量子效率,72.2 A/W的响应度,而且上述日盲紫外探测参数在不同的日盲光强下(14.7～548μW/cm~2)保持相对稳定;在X射线探测方面实现了1.91×10~4μC·cm~(-2)·Gy~(-1)的超高灵敏度,在等效厚度的情况下,超过之前报道的Ga_2O_3薄膜器件。同时,器件在较低的工作电压下,依然可以维持较高的综合性能。通过系统分析,薄膜质量的提升、本征氧空位电离和光致肖特基势垒降低效应等因素共同导致器件表现出针对日盲紫外和X射线的优良探测性能。此外,X射线诱导的级联效应也是超薄Ga_2O_3具备高X射线探测灵敏度的主要因素之一。该工作可为今后兼具高性能、低功耗的超薄日盲和X射线探测器提供有益的参考。     

具有石墨烯/铟锑氧化物复合透明电极的GaN发光二极管

近年来,石墨烯材料由于优异的光电性能获得了广泛关注,并应用于发光二极管的透明电极以取代昂贵的铟锑氧化物(indium tin oxide, ITO)透明电极,但由于石墨烯与p-GaN功函数不匹配,二者很难形成好的欧姆接触,因而造成器件电流扩展差和电压高等问题.本文将ITO薄层作为石墨烯透明电极与p-Ga N间的插入层,以改善石墨烯与p-Ga N层的欧姆接触.所制备的石墨烯透明电极的方块电阻为252.6?/□,石墨烯/ITO复合透明电极的方块电阻为70.1?/□;石墨烯透明电极与p-Ga N层的比接触电阻率为1.92×10~(–2) ?cm~2,ITO插入之后,其比接触电阻率降低为1.01×10~(–4) ?cm~2;基于石墨烯透明电极的发光二极管(light emitting diode, LED),在20 m A注入电流下,正向电压为4.84 V,而石墨烯/ITO复合透明电极LED正向电压降低至2.80 V,且光输出功率得到提高.这归因于石墨烯/ITO复合透明电极与p-Ga N界面处势垒高度的降低,进而改善了欧姆接触;另外,方块电阻的降低,使得电流扩展均匀性也得到了提高.所采用的复合透明电极减少了ITO的用量,得到了良好的欧姆接触,为LED透明电极提供了一种可行方案.     

InGaAs-MSM光电探测器设计与仿真研究

对基于InGaAs材料体系的金属 半导体 金属（metal semiconductor metal,MSM）光电探测器进行设计,并对其暗电流、光电流、电容以及截止频率等性能参数进行仿真。通过添加InAlAs肖特基势垒增强层,将探测器的暗电流减小到了pA量级。仿真结果表明,探测器在光照下有明显的光响应,通过合理设计器件结构,探测器的工作频率可以达到1.5 THz。制备了探测器样品,并对其暗电流和光响应进行了测试,测试结果与仿真结果基本吻合。     

GaN基MIS紫外探测器的电学及光电特性

制备了GaN基金属-绝缘层-半导体(MIS)结构紫外探测器,并测量了其暗电流和光谱响应。通过分析其暗电流,发现在反偏情况下,其主要电流输运机制为隧穿复合机制;在正偏情况下,随着偏压的增大,电流输运机制从隧穿机制变为空间电荷限制电流机制。光谱响应测试结果显示,该探测器在-5 V的偏压下,在315 nm处获得了最大响应度170 mA/W,探测度为2.3×10¹² cm·Hz^1/2·W^-1。此外,还研究了不同厚度I层对器件光电压的影响,结果表明,光电压受隧穿机制与漏电流机制的共同制约。     

利用双给体实现可见光范围高探测率 有机光电探测器

采用P3HT∶PBDT-TT-C∶PC_(61)BM为活性层,通过溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了覆盖可见光范围的高探测率有机光电探测器.利用原子力显微镜、紫外可见吸收光谱和荧光光谱研究了窄带隙聚合物红光吸收材料PBDT-TT-C掺入P3HT∶PC_(61)BM对活性层薄膜光学特性和器件电学特性的影响.研究发现当活性层中P3HT∶PBDT-TT-C∶PC_(61)BM质量比为8∶2∶10时,活性层的响应光谱范围拓宽到350～780 nm.其探测器在-1 V偏压下红绿蓝三基色的光响应度和外量子效率分别达到了422 mA/W、464 mA/W、286 mA/W和83%、108%、77%,比探测率均达到10~(12)Jones以上.结果表明,在有机光电探测器活性层中掺入吸收光谱互补的有机材料,在保证薄膜微观形貌的基础上,通过调节三元混合材料的质量比,不仅可以优化载流子的产生和输运,提高器件的光电流,还可通过第三组分的掺入促进薄膜结晶,减小器件的暗电流.     

ZnO肖特基势垒紫外探测器

以p-Si(111)为衬底,用水热法首次制得六棱微管ZnO。并以此为有源区利用平面磁控溅射技术沉积得到Ag叉指状电报,从而制作了Ag／n-ZnO肖特基势垒结紫外探测器。对该紫外光探测器的暗电流和365nm波长光照下的光电流、光响应和量子效率进行了测试。测试结果表明：Ag和ZnO六棱管间已形成肖特基接触．其有效势垒高度为0．35eV。无光照时,暗电流很小,当用λ=365nm的光照射Ag/n-ZnO肖特基结时．在5．9V偏压时,光生电流分别为25．6,57．9μA。Ag／n-ZnO紫外探测器有明显的光响应特性和较高的量子效率,在366nm波长处,光响应度达到最大值0．161A／W,量子效率为54．7％。