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氧化锌基紫外光电探测材料与器件研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2013
  • 中图分类:
    TN382
  • 关键词:
  • 成果简介:
    针对如何提高紫外探测器性能的关键科学问题,首先,该项目提出利用较高电场下绝缘层中的碰撞离化过程实现载流子倍增用于探测器增益的思想,该探测度比现在常用于紫外探测的硅基探测器的相应值高一个量级以上。其次,提出利用金属-半导体界面态捕获空穴的思想提高氧化锌基探测器的响应度,获得了响应度高达26000A/W的氧化锌基紫外探测器。最后,采用低温富氧工艺实现了立方相氧镁锌单晶薄膜,并基于该薄膜制备了响应度达0.396A/W的日盲紫外探测器;并通过组分调控,实现了响应波长覆盖整个日盲波段的氧化锌基紫外探测器。项目执行过程中共发表相关SCI学术论文207篇,其中影响因子大于3.0的54篇,所发论文共被SCI他引2846次。申请国家发明专利21项,已授权12项。创新点:1、利用绝缘层中的碰撞离化过程实现高探测度氧化锌基紫外探测器根据较高电场下绝缘层中会发生碰撞离化实现载流子倍增的原理,提出把碰撞离化产生的载流子倍增效应用于氧化锌基紫外探测器从而实现探测性能的提高的物理思想。基于此思想,实验上构建了Au/MgO/MgZnO结构。在外加偏压作用下,进入到氧化镁层中的光生载流子被其中较强的电场加速,这些高速运动的载流子将氧化镁的晶格碰撞而激发出新的电子和空穴,从而相当于一个光子照射下产生了多个载流子而实现了探测器的增益。该值比用于紫外探测的硅基探测器的相应值高一个量级以上,被他人在综述性论文中评价为“极好的结果”,“可能为实现高增益的紫外探测器提供了一个可行的途径”,以及“对可见盲紫外探测器的发展是极其重要的”。2、利用金属-半导体界面态捕获载流子实现高响应度氧化锌基紫外探测器根据金属与半导体的界面态会捕获载流子的原理,提出利用该缺陷态捕获光生空穴,而让光生电子在外加电压的作用下在探测器电路中循环运动,从而相当于一个光子产生了多个载流子可以实现探测器增益的思想。基于该思想,实验上构建了Au/ZnO/Au结构,在该结构中实现了响应度高达26000A/W的紫外光电探测器,以上结果被他人在学术论文中评论为“非常高的响应度”。3、采用低温富氧工艺实现单一立方相氧镁锌单晶薄膜利用氧化锌在立方相氧化镁中的固溶度(~34%)显著高于氧化镁在六方相氧化锌(~4%)的特点,采用低温富氧工艺得到了单一立方相氧镁锌单晶薄膜,初步解决了长期困扰高性能氧镁锌基日盲探测器实现的分相难题,并在该薄膜上研制成功了日盲紫外探测器,该探测器在10V偏压下的响应度达到0.396A/W,被同行在学术论文中评价为“氧镁锌基日盲探测器的最高响应度”。在该基础上通过调节氧镁锌薄膜的组分,获得了响应截止波长覆盖整个日盲波段的氧化锌基光电探测器。
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