非晶态Ga 2 O 3 薄膜及其日盲紫外探测器的制备和特性研究
发布时间：2021-11-28 23:30
由于具有高度波长选择性和强大的抗干扰能力,日盲紫外光电探测器在火焰探测,导弹预警和保密通信等诸多领域具有广阔而重要的应用前景。基于宽带隙半导体材料的日盲紫外光电探测器因其体积小,全固态,工作波段在日盲区域,抗辐射和抗干扰能力强等而受到越来越多的关注。在众多的宽带隙半导体材料中,以Ga2O3为代表的宽禁带氧化物半导体材料不仅具有相对低廉的成本、稳定的热稳定性和化学稳定性,而且其禁带宽度约为4.5 eV-4.9 eV,非常适合进行日盲紫外探测,因此被认为是制备日盲紫外探测器的非常理想的材料。相比于传统的β相Ga2O3薄膜,非晶Ga2O3（a-Ga2O3）材料除了同样拥有优异的光电特性外,还具有生长温度低、无需晶格匹配衬底、制备设备和工艺简单以及成本低廉等独特优势,因此在柔性光电器件和大面积光伏器件领域倍受关注。但是,有关非晶Ga2O3日盲紫外探测器的研究依然处于起步阶段,与...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1.1日盲紫外光谱区[9]
第1章引言3其工作原理依然是利用内光电效应，大于禁带宽度的紫外光对半导体进行辐照后，电子此时就会受到限制而无法跃出半导体，其主要从价带跃迁到导带，这一阶段会形成电子-空穴对，也就是形成了光生载流子，外加电场或内建电场会影响到电子空穴对分离，并被两个电极收集。图1.2(a)外光电效应，(b)内光电效应Figure1.2(a)externalphotoelectriceffectand(b)internalphotoelectriceffect1.1.2紫外光电探测器的一般参数（1）量子效率（η）量子效率用于表征器件对光辐射的敏感性。通常将其定义为被转换为电子-空穴对的光子和材料表面入射光子的百分比。量子效率也分为外量子效率η和内量子效率η0。外量子效率对应于外光电效应，其中金属表面通过吸收光子通量的能量释放电子，相应的器件可以称为光发射器件。另一方面，内量子效率对应于内光电效应，其中材料通过吸收入射光子，将电子从价带激发到导带，形成电子-空穴对，因此可以将相应的器件称为半导体器件。外部量子效率η与内部量子效率η0之间存在一定的关系[11,14]：η=η01[1]1()…(1.1)其中r为表面反射系数，α为吸收系数。（2）增益（G）增益G定义为每个电子-空穴对产生的载流子数，即输出信号与输入信号之比，它也可以反映器件的光敏性。通常，可以将器件的量子效率和增益推测为某
非晶态Ga2O3薄膜及其日盲紫外探测器的制备和特性研究6图1.3光电导型探测器Figure1.3Photoconductivedetector（2）光伏型探测器光伏型探测器对于光信号依托于光生伏特效应将其转换为电压或电流。光伏效应是指光在非均匀半导体或半导体与金属结合的不同结之间产生电位差的现象。这种电位差所产生的内建电场与在光导体中所施加的外部偏置相等，从而导致光致电子空穴对的分离。主要为PN结和肖特基势结。在黑暗中，在光伏型探测器表现出整流特性，即非线性I-V曲线特性。这种器件在工作的时候通常需要外加反向偏压。①p-n结p-n光电二极管器件是目前为止性能良好，应用最广的一种光伏型光电探测器。器件如图1.4所示，由于p-n结无外加偏压下存在内建电场，因此特定波长的紫外光在结的耗尽区产生光生载流子，在电场的作用下向两侧电极漂移进入外电路形成光电流，所以p-n结可以在零偏模式下工作。商业化p-n结光电探测器一般处于反向偏压下工作，这样可以使耗尽区的电场强度尽可能的大而且势垒增加，暗电流较低，在这种情况下器件可以实现更高的探测能力。图1.4p-n结光电二极管结构示意图Figure1.4Schematicdiagramofp-njunctionphotodiode
【参考文献】：
期刊论文
[1]Transition of photoconductive and photovoltaic operation modes in amorphous Ga2O3-based solar-blind detectors tuned by oxygen vacancies[J]. 张彦芳,陈选虎,徐阳,任芳芳,顾书林,张荣,郑有炓,叶建东. Chinese Physics B. 2019(02)
[2]紫外线辐射对眼的损伤[J]. 李梅菊. 眼外伤职业眼病杂志.附眼科手术. 2002(01)
[3]外光电效应及其应用[J]. 陈宜生. 物理通报. 1994(05)
博士论文
[1]超薄非晶氧化物半导体及其薄膜晶体管研究[D]. 岳士录.浙江大学 2019
[2]β-Ga2O3的MOCVD生长及其日盲紫外探测器的研究[D]. 胡大强.吉林大学 2019
[3]基于高阶共振模式的金属表面等离子体增强型ZnO紫外探测器的制备和研究[D]. 王潇.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[4]氧化镓基光电探测器的研制与研究[D]. 崔书娟.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
硕士论文
[1]GaN基紫外探测器研究[D]. 尹顺政.电子科技大学 2012
本文编号：3525367
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1.1日盲紫外光谱区[9]
第1章引言3其工作原理依然是利用内光电效应，大于禁带宽度的紫外光对半导体进行辐照后，电子此时就会受到限制而无法跃出半导体，其主要从价带跃迁到导带，这一阶段会形成电子-空穴对，也就是形成了光生载流子，外加电场或内建电场会影响到电子空穴对分离，并被两个电极收集。图1.2(a)外光电效应，(b)内光电效应Figure1.2(a)externalphotoelectriceffectand(b)internalphotoelectriceffect1.1.2紫外光电探测器的一般参数（1）量子效率（η）量子效率用于表征器件对光辐射的敏感性。通常将其定义为被转换为电子-空穴对的光子和材料表面入射光子的百分比。量子效率也分为外量子效率η和内量子效率η0。外量子效率对应于外光电效应，其中金属表面通过吸收光子通量的能量释放电子，相应的器件可以称为光发射器件。另一方面，内量子效率对应于内光电效应，其中材料通过吸收入射光子，将电子从价带激发到导带，形成电子-空穴对，因此可以将相应的器件称为半导体器件。外部量子效率η与内部量子效率η0之间存在一定的关系[11,14]：η=η01[1]1()…(1.1)其中r为表面反射系数，α为吸收系数。（2）增益（G）增益G定义为每个电子-空穴对产生的载流子数，即输出信号与输入信号之比，它也可以反映器件的光敏性。通常，可以将器件的量子效率和增益推测为某
非晶态Ga2O3薄膜及其日盲紫外探测器的制备和特性研究6图1.3光电导型探测器Figure1.3Photoconductivedetector（2）光伏型探测器光伏型探测器对于光信号依托于光生伏特效应将其转换为电压或电流。光伏效应是指光在非均匀半导体或半导体与金属结合的不同结之间产生电位差的现象。这种电位差所产生的内建电场与在光导体中所施加的外部偏置相等，从而导致光致电子空穴对的分离。主要为PN结和肖特基势结。在黑暗中，在光伏型探测器表现出整流特性，即非线性I-V曲线特性。这种器件在工作的时候通常需要外加反向偏压。①p-n结p-n光电二极管器件是目前为止性能良好，应用最广的一种光伏型光电探测器。器件如图1.4所示，由于p-n结无外加偏压下存在内建电场，因此特定波长的紫外光在结的耗尽区产生光生载流子，在电场的作用下向两侧电极漂移进入外电路形成光电流，所以p-n结可以在零偏模式下工作。商业化p-n结光电探测器一般处于反向偏压下工作，这样可以使耗尽区的电场强度尽可能的大而且势垒增加，暗电流较低，在这种情况下器件可以实现更高的探测能力。图1.4p-n结光电二极管结构示意图Figure1.4Schematicdiagramofp-njunctionphotodiode
【参考文献】：
期刊论文
[1]Transition of photoconductive and photovoltaic operation modes in amorphous Ga2O3-based solar-blind detectors tuned by oxygen vacancies[J]. 张彦芳,陈选虎,徐阳,任芳芳,顾书林,张荣,郑有炓,叶建东. Chinese Physics B. 2019(02)
[2]紫外线辐射对眼的损伤[J]. 李梅菊. 眼外伤职业眼病杂志.附眼科手术. 2002(01)
[3]外光电效应及其应用[J]. 陈宜生. 物理通报. 1994(05)
博士论文
[1]超薄非晶氧化物半导体及其薄膜晶体管研究[D]. 岳士录.浙江大学 2019
[2]β-Ga2O3的MOCVD生长及其日盲紫外探测器的研究[D]. 胡大强.吉林大学 2019
[3]基于高阶共振模式的金属表面等离子体增强型ZnO紫外探测器的制备和研究[D]. 王潇.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[4]氧化镓基光电探测器的研制与研究[D]. 崔书娟.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
硕士论文
[1]GaN基紫外探测器研究[D]. 尹顺政.电子科技大学 2012
本文编号：3525367
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