叉指电极阵列紫外探测器制备和特性研究

发布时间：2020-06-20 23:19

【摘要】：紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的一项军民两用技术,已经在众多领域得到广泛应用和深入研究。在军事领域,紫外探测器可用于导弹早期预警。在民用领域,可利用紫外探测技术监控臭氧层的厚度,污染物的排放,探测各种高压电设施的电晕放电现象等。目前人们对紫外探测器的研究大多集中在光敏材料上,而对器件结构研究较少。MSM(Metal-Semiconductor-Metal)紫外探测器的电极结构不仅影响光的入射和吸收,同时还影响器件中电场的分布,因此不同电极结构将对紫外探测器的性能产生影响。本文结合软件仿真与器件制备,分别研究不同电极结构对欧姆接触型和肖特基接触型MSM紫外探测器特性的影响。研究工作的主要内容如下:1.利用ISE-TCAD软件对器件进行了仿真与优化,研究了叉指电极宽度以及指间间距对紫外探测器光/暗电流的影响。利用泊松方程、载流子连续性方程、电流密度方程等半导体基本方程,建立了漂移扩散模型、复合模型等物理模型。在此基础上使用ISE-TCAD器件仿真软件,分别探究了 Al-ZnO-Al以及Au-ZnO-Au叉指电极结构的电极宽度与指间间距对器件光/暗电流的影响。2.以硅片为衬底,利用磁控溅射、光刻等半导体工艺制备了不同结构参数的Al-ZnO-Al MSM紫外探测器。研究电极结构对欧姆接触型MSM紫外探测器稳态电流电压特性、开关响应特性以及光谱响应特性的影响,并深入研究了影响器件开关特性的因素。实验结果表明,Al与纯度为99.99%Zn0能形成理想的欧姆接触;器件的暗电流受叉指电极宽度的影响,而与电极间距无关;器件的光电流随电极间距的增加而增大;实验结果表明当叉指电极的宽度为200μm,指间宽度为600μm时,器件光/暗电流比最大达156;叉指电极的结构参数对紫外探测器的开关特性没有明显的影响。实验制备的探测器的上升时间为56s,下降时间为141s。此外器件对370nm附近的紫外光具有最强的响应度。3.通过在ZnO表面制备Au叉指电极,研究不同结构参数的Au-ZnO-Au结构紫外探测器的稳压直流特性、开关响应特性以及光谱响应特性的影响。实验表明,Au与纯度为99.99%Zn0能形成良好的肖特基接触。叉指电极间距对器件的暗电流没有明显影响,当偏压从0V增加到|0.4|V过程中,器件的暗电流急剧增加,在5V偏压下暗电流约为15pA。器件的光电流随叉指电极间距的增加而增大。当L=600μm时器件光暗电流比达为132。器件的暗电流与光电流,都随叉指电极宽度增加而增大。而器件光暗电流比随电极宽度的增加而降低。探测器的上升时间为3.4s左右,下降时间为5.3s左右,比Al-ZnO-Al光电导型紫外探测器的响应时间短。此外,探测器的开关特性主要取决于载流子的寿命。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN23
【图文】：

紫外探测器,热探测器,探测器,入射辐射

间接实现对光的测量。外探测器基本类型及结构紫外探测器的原理探测器是一种将入射光信号转换为电信号的传感器，其探测具下几步: (1)半导体材料受到光激发内部或者表面产生非平衡载衡载流子将改变器件的电学特性（如改变材料的电导率）; (3光信号转化成电信号。紫外探测器的基本类型紫外探测器工作原理的不同，探测器主要分为热探测器（S.Shi 2010）和光子探测器(R. Miller, 2008)两大类。具体分类见图 1

示意图,紫外光探测器,示意图,光伏

当吸收紫外辐射后晶体温度上升导致自发极化强度产生变化，在垂直自发极化方向的表面出现细微电压变化，电压的变化可以用来测量入射的紫外辐射功率。光子探测包含光导型、光伏型、光发射型等。（1）光电导(PC)探测器: 当半导体受到外界光激发时候，在半导体内部或者表面产生非平衡光生载流子，非平衡载流子使得材料的电导率增加。对于特定的器件来说，将会使器件的电阻发生变化。从而实现对紫外光的探测。（3）光伏(PV)探测器:是利用半导体光生伏特效应制作的光探测器，又称为结型探测器。基本原理是光照射结时，电子空穴对被内建电场分离，当结短路后会产生光电流。光伏探测器虽然没有光电流增益，由于结的存在它的暗电流很小背景噪声也比光导型探测器低很多，响应时间一般比较快。其中光伏紫外探测器又可分为:肖特基光电二极管型，金属一半导体一金属(MSM)光电二极管型，p和 p-i-n 光电二级管型，场效应光电晶体管(FET)型等（L, Periale et al，2006）图 1-2 是不同结构的结型紫外光探测器示意图。

【参考文献】