宽禁带紫外光电探测器剖析
紫外光电探测器件组成及作用
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宽禁带紫外光电探测器模板
二、宽禁带半导体紫外探测器概述
(3) 量子效率
量子效率分为内量子效率和外量子效率： ◆ 内量子效率定义为入射至器件中的每一个光子所产生的电子-空穴对数目，即
◆ 第三代宽带隙半导体材料主要包括SiC、GaN、ZnO和金刚石等，同第一、 二代电子材料相比，具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、 导热性能好等特点，适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电 子器件；而利用其特有的宽禁带，还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器 件和光探测器件。
一、引言
一、引言
◆ 相比之下，我国对宽禁带半导体材料与器件的研究起步晚，而且研究单位较 少，存在生长设备落后、投入不足、缺少高质量大尺寸的衬底、外延生长 技术不成熟等问题，进展较慢，还处在初步阶段。
◆ 虽然军事上、民用上都迫切需要高性能、高可靠性的紫外探测器，但目前所 研制的宽禁带半导体紫外探测器还未达到商品化的程度。
i 产生入的射电 的 空 子光 穴子 对数 个数
◆ 在实际应用中，入射光的一部分在器件表面被反射掉，在有源层中被吸收部分 的大小又取决于材料的吸收系数和厚度，所以实际上只是部分的Popt能被器件有效 地吸收而转化为光电流。定义外量子效率为
◆ 但是由于工艺技术上的问题，特别是材料生长和晶片加工的难题，进展一直十 分缓慢。直到20世纪80年代后期至90年代初，SiC单晶生长技术和GaN异质结 外延技术的突破，使得宽禁带半导体器件的研制和应用得到迅速的发展。
◆ 用SiC、GaN材料制造实用化器件已经在电力电子、射频微波、蓝光激光器、紫 外探测器和MEMS器件等重要领域显示出比硅和GaAs更优异的特性，并开始取 得非常引人注目的进展。
宽带隙半导体材料与紫外光探测器
具有宽禁带的半导体材料
半导体材料
GaN ZnO
TiO2 C-BN 金刚石 AlN SiC Ga2O3（高温）
禁带类型 直接 直接 间接 间接 间接 直接 间接 直接
禁带宽度Eg/eV
3.39 3.37 金红石3.0，锐钛矿3.2 6.4 5.47
6.2 4H-SiC3.23，6H-SiC3.0
4.8~5.1
• VLS机制中，常采用激光烧蚀法、热蒸发法 以及金属有机化学气相沉积法 • 激光烧蚀法（laser ablation）是利用激光在 特定气氛下轰击靶材，将催化金属和目标材 料的原材料一同用激光蒸发，同时结合一定 气体，在衬底或反应腔壁上沉积纳米材料
气相合成
• 热蒸发法（thermal evaporation）：将一种 或几种反应物，在高温区通过加热形成蒸汽 ，然后用惰性气体运送到反应器低温区，从 而生长准一维纳米材料 固体粉 末物理 蒸发 化学气 相沉积
• 溶剂热法则是 以有机溶剂代 替水
汇报内容
紫外敏感材料——宽禁带半导体
1.半导体及其带隙 2.宽禁带材料的特点 3.具有宽禁带的半导体材料
准一维纳米材料的合成
1.合成方法总述 2.气相合成
紫外光探测器
1.发展现状 2.薄膜探测器 3.纳米探测器
气相合成 • 气相合成法的特点 优势：可生长几乎任何无机材料的准一维纳 米材料/结构，操作简单易行 不足：一般需要较高温度，难以制造有机材 料、无机-有机负荷材料及金属离子掺杂体系
（1）在系统工作要求的波长区域范围内，有高的 量子效率； （2）响应速度快； （3）具有好的线性输入-输出性质； （4）能在需要的环境下可靠的工作
ZnO基紫外探测器研究进展
,6/,0 薄膜， 制作出 #, 结型紫外探测器& 在紫外区 域， ,6/,0 : #67) 结型探测器在波长为 ;89 ,< 的光照 下的光响应度为 9& 5 = : >， 同时， 它还保持和增强了 7) 对可见光区域的光响应特性， 因此这种 ,6/,0 : #67) 结型探测器可以适用于紫外和可见光波长区域&
石上生长 /,0 薄膜， 制作出 /,0 肖特基型 A7A 紫 外光探测器& 图 . 为该肖特基探测器的暗电流、 光电 流的 !"# 曲线和器件表面结构的 7TA 图& 5F 偏压和 波长为 ;?H ,< 的光照下， 该探测器有明显的光电流 响应， 其光响应度为 8& 5 = : >， 漏电流大约为 8 ,=& 探测器有一个快的响应时间， 上升时间为 8. ,D， 下 降时间为 59 ,D&
料， 在室温时带隙为 "- "’ 9: ， 束缚激子能高达 &%
［ "］ Q9: - 738 与 >1=、 [0\ 等其他的宽带隙材料相比
有很高的化学和热稳定性、 更好的抗辐射损伤的能 力、 较低的生长温度、 适合作长寿命器件等优点， 特 别是 738 基三元合金 ]A : 734 V : 8， 随 ]A 组分的变 化， 可以使其带隙在 "- " 9: （ 738） 到 ’- Y 9: （ ]A） 连
738 是一种新型的直接带隙宽禁带半导体材
4! 引言
紫外探测器被广泛的应用于天文学、 燃烧工程、 水净化处理、 火焰探测、 生物效应、 天际通信及环境 ［ 4］ - 紫外探测技术的关键是研制高 污染监测等领域 灵敏度、 低噪声的紫外探测器- 目前， 已投入商用的 紫外探测器主要有紫外真空二极管、 紫外光电倍增 管、 紫外增强器、 紫外摄像管和固体紫外探测器等， 其中常用的是光电倍增管和硅基紫外光电二极管硅基紫外光电管需要附带滤光片， 光电倍增管需要 在高电压下工作， 而且体积笨重、 效率低、 易损坏且 成本较高， 对于实际应用有一定的局限性- 因此， 人 们开始关注宽带隙半导体紫外探测器- 在过去十年 中， 为了避免使用昂贵的滤光器， 实现紫外探测器在 太阳盲区下 （ $%% —"%% 3Q ） 工作， [0\ 、 金刚石薄膜、 >1= 基和 738 基等宽带隙半导体紫外探测器， 已引 ［ $］ 起研究人员的广泛重视 -
实验14 禁带宽度的测量
实验十四 禁带宽度的测量应物0903 蔡志骏 u200910207 张文杰 u200910205一、实验目的1、学习紫外分光光度计的工作原理和使用方法。
2、学习用紫外分光光度计测量薄膜样品的透射（吸收）光谱3、能根据吸收光谱推算出材料的光学禁带宽度。
二、实验原理1、禁带宽度的涵义(1)、禁带宽度表示晶体中公有化电子所不能具有的能量范围 (2)、禁带支付表示价键束缚的强弱 2、允许的带间直接跃迁在跃迁过程中波矢改变量0k ∆=，这种跃迁为允许带间直接跃迁。
这种跃迁满足g g E ω=如果假定仅讨论导带底以上价带顶以下较小的能量范围内光吸收过程，对于导带与价带都是抛物线的并且非简并的情况有()()1412210gE cmαωω-≈⨯-吸收系数与能量的关系服从1/2次方律。
3、禁戒的带间直接跃迁在一些情况中，0k = 的跃迁被选择定则1L ∆=±禁止，而0k ≠的跃迁允许，这种跃迁为禁戒的直接跃迁。
虽然在0k = 徙的跃迁几率为0，但是0k ≠处仍存在一定的的跃迁几率，且跃迁几率正比于2k ，此时的吸收系数为()()411.310gE cmωαωω--=⨯由上式可知吸收系数主要由3/2次方律决定4、导带底和价带顶位于波矢空间不同位置的带间直接跃迁和间接跃迁这种情况是指导带底的最低能量状态和价带的最高能量状态不在k空间同一位置而发生直接跃迁。
(1)、当g p E E ω>- 时，只能伴随着声子的吸收过程，吸收系数为()()2exp 1g p p B c E E E k T αωαω-+=⎛⎫- ⎪⎝⎭(2)、对于g p E E ω>+ 时，既可伴随着声子的发射，也可伴随着声子的吸收。
其中伴随一个声子发射的吸收光谱为()()21exp g p e p B c E E E k T ωαω--=⎛⎫- ⎪⎝⎭以上两式表明间接跃迁系数与入射光子的能量有二次方关系。
5、透射率、吸光度与吸收系数之间的关系吸光度A 与透射率T 的关系为1lgA T=光吸收规律()0exp I I x α=-α为吸收系数，x 为光的传播距离，根据朗伯—比尔定律，A 正比于α。
紫外探测器原理
紫外探测器原理紫外探测器是一种可以检测紫外光的光电传感器，广泛应用于科学研究、工业检测、环境监测等领域。
它基于紫外光与物质之间的相互作用原理，将光信号转换为电信号，实现对紫外光的探测、测量和分析。
紫外探测器的工作原理基于紫外光的光电效应，即当紫外光照射到感光材料上时，光子的能量被传递给感光材料中的电子，使其从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
紫外光的强度越大，传递给感光材料的能量就越大，电子的跃迁数量就越多，形成的电子空穴对也就越多。
接着，这些电子空穴对会被电场分离并收集到电极上，产生电流信号，从而实现对紫外光的探测。
常用于紫外探测器的感光材料有硅（Si）、氮化镓（GaN）、硒化镉（CdSe）等。
硅是一种常见的半导体材料，具有良好的光电性能和相对较宽的响应范围，在宽波长范围内都能对紫外光产生响应。
氮化镓则是一种具有较高选择性的材料，适用于高能量的光子探测。
而硒化镉则是一种高灵敏度的材料，适用于高精度的紫外光测量。
除了感光材料，紫外探测器还包括光透过窗、滤光膜、光敏电极等组件。
光透过窗用于过滤掉紫外光以外的光线，确保只有紫外光能够进入探测器。
滤光膜则用于进一步调节入射光的波长和强度，以满足具体应用需求。
光敏电极则负责收集感光材料中产生的电子空穴对，将其转化为电流信号。
在实际应用中，紫外探测器通常与信号放大器、滤波器、数据采集系统等设备结合使用，以提高信号的检测灵敏度和增加探测范围。
信号放大器将探测器输出的微弱电流放大为可测量的电压信号，滤波器则用于进一步滤除噪音和杂散光，数据采集系统则用于记录和分析探测器输出的电信号。
总的来说，紫外探测器的原理是基于光电效应，通过感光材料吸收和转换紫外光的能量，产生电流信号。
感光材料的选择、光透过窗、滤光膜、光敏电极等组件的设计和优化，以及与其他设备的配合使用，都是实现高灵敏度、高准确性紫外光探测的关键。
光电探测器分解课件
光电探测器的应用领域
总结词
光电探测器广泛应用于各种领域，如科学研究、工业 生产、安全监控等。其应用范围涵盖了光谱分析、辐 射监测、激光雷达、光纤通信等众多领域。
详细描述
光电探测器作为一种重要的光电器件，具有广泛的应用 领域。在科学研究领域，光电探测器可用于光谱分析、 辐射监测等实验中，帮助科学家深入了解物质的性质和 行为。在工业生产领域，光电探测器可用于各种自动化 生产线和设备的控制与监测，提高生产效率和产品质量 。此外，在安全监控、激光雷达、光纤通信等领域，光 电探测器也发挥着重要的作用。通过不断的技术创新和 应用拓展，光电探测器的应用前景将更加广阔。
02
薄膜沉积
在衬底上沉积光电探测器的关键薄膜 材料，如半导体材料、金属材料等。
01
封装与测试
将制造完成的光电探测器进行封装和 性能测试，确保其正常工作。
05
03
光刻与刻蚀
通过光刻技术将薄膜材料加工成所需 的结构和图形，然后进行刻蚀以形成 光电探测器的各个部分。
04
掺杂与欧姆接触
对光电探测器的半导体材料进行掺杂 ，并形成欧姆接触，以实现电流的收 集和传输。
光电探测器输出电压与输入光 功率之比，用于衡量光电探测
器的光转换效率。
带宽
光电探测器的响应速度的量度 ，通常以Hz或MHz为单位。
噪声等效功率
在一定的信噪比下，探测器可 检测到的最小光功率。
线性范围
光电探测器输入光功率与输出 电压呈线性关系的范围。
03
光电探测器的制造工艺
制造工艺流程
衬底准备
选择合适的衬底材料，并进行清洗和 加工，为后续制造过程做准备。
光电探测器的发展趋势
高响应速度
紫外探测器的原理
紫外探测器的原理
紫外探测器是一种用于检测紫外光信号的器件。
它的工作原理主要基于光电效应。
光电效应是指当光照射到物质表面时，光子能量被传递给物质中的电子，使其获得足够的能量从而跳出原子或分子的束缚，形成自由电子或正空穴。
紫外探测器利用光电效应中光子能量转化为电子能量的特性，将光信号转化为电信号。
在紫外探测器中，通常采用半导体材料作为感光层。
当入射的紫外光照射到感光层时，光子能量被传递给材料中的电子，使电子跃迁至导带中，形成电子-空穴对。
通过施加电场，电子
会被加速移动至电极，形成电流。
为提高电流的灵敏度，通常在感光层和电极之间加入反射层，以增加光吸收效果。
此外，还可以通过引入增益机制（如光电倍增管）来提高探测器的灵敏度。
值得注意的是，紫外探测器对于不同波长的紫外光的灵敏度有所差异。
因此，在设计和选择紫外探测器时，需要根据具体应用需求考虑其灵敏度、响应速度、噪声等性能指标。
总之，紫外探测器通过光电效应将光信号转化为电信号，实现对紫外光的检测。
其原理基于光子能量转化为电子能量的特性，以及半导体材料的光电效应。
南大宽禁带半导体实验室
禁带半导体紫外探测器紫外探测技术在国防预警与跟踪、电力工业、环境监测及生命科学领域具有重要的应用，其核心器件是高性能的紫外光电探测器。
基于半导体材料的固态紫外探测器件具有体重小、功耗低、量子效率高、和便于集成等系列优势。
以碳化硅（SiC）和III族氮化物为代表的宽禁带半导体是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料，具有禁带宽度大、导热性能好、电子饱和漂移速度高以及化学稳定性优等特点，用于制备紫外波段的光探测器件具有显著的材料性能优势。
我们实验室在宽禁带半导体紫外探测器领域具有较强的实力。
率先在国内实现4H-SiC基紫外雪崩单光子探测器；分别研制成功高增益同质外延GaN基紫外雪崩光电探测器、国际上领先的高增益AlGaN基日盲雪崩光电探测器、具有极低暗电流的AlGaN基MSM日盲深紫外探测器、高量子效率AlGaN基PIN日盲深紫外探测器、以及现有芯片面积最大的AlGaN基日盲深紫外探测器，相关结果多次获得国际主流媒体的跟踪报导。
目前，我们的工作重点是研制高灵敏度宽禁带半导体紫外探测器，包括：紫外单光子探测器件结构设计和物理分析，紫外单光子探测线阵和日盲紫外探测阵列制备。
宽禁带半导体功率电子器件针对未来高效电力管理系统、电动汽车和广泛军事应用大容量化、高密度化和高频率化的要求，将宽禁带半导体材料应用于高档次功率电子器件可以有效解决当今功率电子器件发展所面临的“硅极限”（silicon limit）问题，将大幅度降低电能转换过程中的无益损耗，在各领域创造可观的节能空间。
宽禁带Ⅲ族氮化物半导体具有强击穿电场、高饱和漂移速度、高热导率和良好化学稳定性等系列材料性能优势，是制备新一代功率电子器件的理想材料。
这一研究方向近年来成为国际上继GaN基发光二极管和微波功率器件之后的新兴研究热点。
我们小组在这一研究领域具有较好的基础，已经研制成功AlGaN/GaN平面功率二极管，其击穿电压大于1100V，功率优值系数高达280MW/cm2。
ZnMgO紫外探测器研究现状
ZnMgO紫外探测器研究现状1 引言ZnO是一种直接宽带隙的半导体材料（禁带宽度为3.37 eV），在室温下有很高的激子束缚能（60 meV），外延生长温度低，抗辐射能力强。
通过Mg的掺入可实现禁带宽度从3.3 eV 到7.8 eV可调的ZnMgO合金，ZnMgO作为优良的紫外光电材料在光电系统中有着广泛的应用，像LED、光探测器和太阳能电池等，特别是紫外光探测器方面的应用。
紫外探测器广泛用于矿井可燃气体和汽车尾气的监测、固体燃料成分分析、环境污染监测、细胞癌变分析、DNA 测试、准分子激光器检测等领域。
在军事上可用于导弹跟踪、火箭发射、飞行器制导以及生化武器的探测。
在现实生活中，用于火灾监测、紫外通信以及紫外线辐射的测量。
随着紫外线的广泛应用，紫外探测器在环保、医学、军事等领域将得到更广泛的应用。
作为一种宽禁带半导体材料，ZnMgO近年来受到了研究人员的广泛关注。
2 ZnMgO紫外光探测器的研究进展ZnMgO薄膜材料生长和紫外探测器的研究主要有美国、日本，印度、南韩等国家，薄膜生长方法以脉冲激光沉积（PLD），分子束外延（MBE），金属有机化学气相沉积（MOCVD），和磁控溅射等为主。
自1998年日本东京技术研究所用PLD方法在蓝宝石（0001）衬底上生长出了Mg组分达0.33的ZnMgO单晶薄膜之后，高Mg组分的ZnMgO薄膜材料生长和紫外探测器研究引起了人们的极大兴趣。
美国北卡罗那州大学，马里兰大学都相继报道了ZnMgO薄膜的生长及光学特性研究；南韩Pohang科技大学采用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长了Mg组分（0-0.49）连续可调的ZnMgO薄膜，并有X-射线衍射（XRD）谱表明未发生结构分相。
这些结果已远远超过平衡态下Mg在ZnO中的固溶度值≤4％。
以上ZnMgO薄膜大都是在单晶衬底和较高的衬底温度（350－750℃）上生长，而日本Ritsumeikan大学和印度德里大学均采用磁控溅射方法，在不加热的硅和石英衬底上生长出了Mg组分0.42和0.46的ZnMgO薄膜，结果表明薄膜仍未发生结构分相。
ZnO形貌对紫外光电探测器性能的影响
第４０卷第１期 长春工业大学学报 Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．１２０１９年０２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｅｂ．２０１９ ＤＯＩ：１０．１５９２３／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ２２－１３８２／ｔ．２０１９．１．０１ＺｎＯ形貌对紫外光电探测器性能的影响吕 威１，２， 沈绪超１（１．长春工业大学材料科学与工程学院，吉林长春 １３００１２；２．长春工业大学材料科学高等研究院，吉林长春 １３００１２）摘 要：ＺｎＯ作为一种新型的宽禁带半导体，在紫外光电探测领域有着重要应用价值。
基于ＺｎＯ的紫外光电探测器的器件性能在很大程度上取决于ＺｎＯ的形貌调控。
通过水热合成方法制备了三种形貌的纳米ＺｎＯ结构：ＺｎＯ纳米线、ＺｎＯ纳米棒、ＺｎＯ纳米颗粒，并基于三种形貌结构分别制备了紫外光探测器件，分析并探讨了影响紫外光电探测器性能的关键因素，旨在得到光响应率、响应时间、开关比最佳的ＺｎＯ形貌。
结果表明，ＺｎＯ纳米线为基础的器件性能优于其他两种ＺｎＯ结构。
关键词：ＺｎＯ；水热合成；紫外光探测；光响应率中图分类号：ＴＮ ２３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－１３７４（２０１９）０１－０００１－０７Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＺｎＯ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ｏｎ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓＬＵＹ Ｗｅｉ １，２， ＳＨＥＮ Ｘｕｃｈａｏ１（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｗｉｄｅ ｂａｎｄｇａｐ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，ＺｎＯ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｎ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ＺｎＯ ｉｎａ ｌａｒｇｅ ｅｘｔｅｎｔ．Ｉｎ ｐｒｅｓｅｎｔ ｗｏｒｋ，ＺｎＯ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ，ｎａｎｏｒｏｄｓ ａｎｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｉｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎｔｈｅ ｂｅｓｔ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ＺｎＯ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｒａｔｅ，ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈ ｒａｔｉｏ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＺｎＯ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＺｎＯ；ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｐｈｏｔｏ ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ． 收稿日期：２０１８－０９－１７ 基金项目：国家自然科学基金面上项目（６１５７４０２１） 作者简介：吕 威（１９７７－），男，汉族，吉林通榆人，长春工业大学教授，博士生导师，主要从事光电功能材料方向研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｖｗｅｉ＠ｃｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．＊通讯作者：沈绪超（１９９３－），男，汉族，四川成都人，长春工业大学硕士研究生，主要从事ＺｎＯ纳米材料方向研究，Ｅ－ｍａｉｌ：４２５７７５８１７＠ｑｑ．ｃｏｍ．０ 引 言 ＺｎＯ作为一种新型的宽禁带半导体（３．３７ｅＶ），其制备条件相对简单，形貌多样化，并且对环境无污染，激子束缚能高（６０ｍｅＶ）［１－２］，物理化学性质稳定，原材料易获得，对紫外光有响应，是现在人们研究第三代新型紫外探测器的主要应用材料，因此，开展对ＺｎＯ薄膜紫外光电探测器的研究是十分有意义的。
采用紫外可见光谱法求取禁带宽度分析
采用紫外可见光谱法求取禁带宽度分析禁带宽度是指固体、液体或气体中不同能级之间的能量差异。
它在材料科学、光电子学、半导体学等领域中有着重要的应用。
紫外可见光谱法是一种常用的表征禁带宽度的方法。
本文将介绍紫外可见光谱法的原理和应用，并详细描述如何使用该方法进行禁带宽度分析。
紫外可见光谱法是通过测量物质在紫外和可见光波长范围内的吸收光强，进而获得材料的吸收光谱信息。
根据实验结果，可以计算禁带宽度或带隙能量值。
在可见光谱范围内，材料吸收较强的光波段称为吸收峰，而吸收较弱的光波段称为透明窗口。
禁带宽度是指能量差异使得透明窗口出现的能带。
进行禁带宽度分析的实验流程如下：1.样品制备：选择需要分析禁带宽度的材料制备样品。
样品通常为薄膜或固体材料。
确保样品表面光洁、无杂质。
2.仪器准备：准备一台紫外可见光谱仪和所需的光源。
校正仪器零点和基线以确保准确测量。
3. 设置测量条件：根据样品类型和期望的测量结果，选择适当的波长范围和扫描速度。
一般来说，可见光谱范围为350nm到800nm，而紫外光谱范围为185nm到350nm。
4.开始测量：将样品放置在光路中，确保样品与光路垂直接触。
开始扫描，并记录吸光度和波长的信息。
5.数据处理：根据实验测量的数据，绘制吸光度和波长的曲线，并找到波长范围内的吸收峰和透明窗口。
通过计算波长范围内的光强差异，可以获得禁带宽度或带隙能量值。
应用紫外可见光谱法进行禁带宽度分析的步骤如上所述，但具体操作时还需注意以下几点：1.样品制备方面，要保证样品的表面光洁，以避免其他杂质的影响。
2.仪器操作要仔细。
在测量前，先校正仪器零点和基线。
在测量过程中，要确保样品与光路垂直接触，并避免任何干扰因素。
3.数据处理要准确。
在绘制吸光度和波长曲线时，要注意识别吸收峰和透明窗口的位置。
对于较复杂的样品，可能需要使用专业的软件进行数据处理和分析。
紫外可见光谱法是一种常用的表征禁带宽度的方法。
通过测量样品在紫外和可见光波长范围内的吸收光强，可以获得禁带宽度或带隙能量值。
基于三明治结构的ZnO 紫外光电探测器
Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ(６１９０５０２２)
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ｃｏｎｔａｃｔ ｃａｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｂｓｏｒｂ ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌｉｇｈｔꎬ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌｉｇｈｔꎬ
ａｎｄ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｕｐｐｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌｉｇｈｔ.
光电探测器响应度在 ５ Ｖ 偏压下达到了 ０. ０５ Ａ / Ｗꎬ暗电流为 １. ４４ × １０ － ５ Ａꎬ器件的整体性相比较传统单层
ＺｎＯ 紫外光电探测器得到了明显的改善ꎮ 这主要归因于金属与半导体接触的耗尽区可以直接吸收入射光ꎬ提
高了入射光的吸收效率ꎬ避免了传统上层电极对入射光的遮蔽作用ꎮ
关 键 词: 三明治结构ꎻ ＺｎＯ 紫外光电探测器ꎻ 响应度
中图分类号: Ｏ４７２. ８ 文献标识码: Ａ ＤＯＩ: １０. ３７１８８ / ｆｇｘｂ２０２０４１０９. １１５３
ＺｎＯ ＵＶ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ＹＡＮＧ Ｑｉａｏ￣ｃｈｕ ∗ ꎬ ＳＵＮ Ｈｅ￣ｙａｎｇꎬ ＺＨＡＮＧ Ｆｕ￣ｌｏｎｇꎬ ＷＡＮＧ Ｔｉａｎ￣ｓｈｕ
( Ｎａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｌｏｃａｌ Ｊｏｉｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ
紫外线探测器原理
紫外线探测器原理
紫外线探测器（UV探测器）是一种用于检测紫外线辐射的电子设备。
其工作原理基于材料对紫外线的吸收和电荷生成。
紫外线探测器中常用的材料包括硒化锌（ZnSe）、氧化锌（ZnO）以及硼化钡（BP），这些材料对紫外线具有较高的吸收能力。
当紫外线辐射到探测器的材料表面时，能量会被吸收，并激发材料内部的电荷。
这些激发的电荷会在材料中形成电子-空穴对。
接下来，电子-空穴对会被一对电极收集。
在电极上施加电场时，电子和空穴被分别吸引到正负电极上，形成电流。
这个电流的强度与紫外线的辐射强度成正比。
为了提高紫外线探测器的灵敏度和工作范围，可以使用漂移结构。
漂移结构通常由多个不同禁带宽度的材料层组成，形成能带的连续梯度。
这样可以增加电子和空穴的漂移速度，提高电荷的收集效率。
紫外线探测器还可以通过增加滤光片来选择性地检测特定波长的紫外线。
滤光片可根据波长进行设计，只允许一定波长范围的紫外线通过，从而排除其他波长的干扰。
这样可以使探测器更加精确地测量特定波长的紫外线辐射。
总的来说，紫外线探测器利用材料对紫外线的吸收和电荷生成的特性，通过电极收集并测量电流来检测紫外线的辐射强度。
通过使用特定的材料和滤光片，可以使探测器对特定波长的紫外线更加敏感和精确。
氧化镓材料特性及光电探测器研究
氧化镓材料特性及光电探测器研究氧化镓材料特性及光电探测器研究引言：在当今科技快速发展的时代，光电材料和光电器件成为了研究的热点。
光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于通信、能源、医疗等领域。
而氧化镓材料作为一种重要的光电材料，具有优异的特性，因此成为了研究的焦点之一。
本文将探讨氧化镓材料的特性及其在光电探测器研究中的应用。
一、氧化镓材料的特性1.1 氧化镓的结构氧化镓（Ga2O3）是一种宽禁带半导体材料，具有六面体晶体结构。
它的结构稳定，晶体中的镓离子处于八面体的配位环境中，利于电子的传导和控制。
1.2 氧化镓的能带结构氧化镓的能带结构是其特性的重要指标之一。
氧化镓具有宽大的能带隙（约4.9-4.3 eV），这意味着氧化镓材料具有较高的能带边沿和导带边沿能级，因此具有较高的耐热性和耐辐照性，适合在高温和辐射环境中使用。
1.3 氧化镓的光学特性氧化镓材料对可见光和紫外光具有较高的透过率和折射率。
其低能隙结构使其具有良好的紫外光吸收能力，适合于紫外光探测器的研究和应用。
二、氧化镓材料在光电探测器研究中的应用2.1 紫外光探测器由于氧化镓材料对紫外光有良好的吸收能力，因此在紫外光探测器的研究中得到广泛应用。
通过氧化镓材料制备的紫外光探测器灵敏度高、响应速度快，并具有较低的噪声水平，能够实现高精度的光信号检测。
2.2 光电二极管氧化镓材料可用于制备光电二极管，通过调控材料的掺杂和结构，可以实现对不同波长光的响应。
深紫外光电二极管由氧化镓材料制备，具有较低的暗电流和较高的光电响应，适合于生物医学成像、环境检测等领域的应用。
2.3 太阳能电池利用氧化镓材料的优异性能，可以制备高效的太阳能电池。
氧化镓材料作为主要的光吸收层，能够有效吸收可见光和部分红外光，将其转化为电能。
通过优化材料的结构和器件设计，可以提高太阳能电池的光电转换效率。
结论：氧化镓材料作为重要的光电材料，在光电探测器研究中表现出了良好的应用前景。
氧化镓日盲紫外-概述说明以及解释
氧化镓日盲紫外-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分内容：氧化镓（Ga2O3）是一种具有宽禁带宽度的半导体材料，具有良好的光电性能和热稳定性，在近年来备受关注。
其特别之处在于其带隙较宽，可以实现紫外光的高效吸收和发射，因此在紫外光电子器件领域具有巨大的应用潜力。
本文旨在系统地介绍氧化镓在紫外光电子器件领域的研究进展和应用。
首先，本文将对氧化镓的基本性质进行介绍，包括晶体结构、能带结构以及其在紫外光下的吸收和发射特性。
接着，将详细探讨氧化镓材料在紫外光电探测器、紫外光发光二极管和紫外激光器方面的应用。
同时，本文还将对氧化镓材料的制备方法和表征技术进行介绍，以及目前面临的挑战和未来的发展方向。
通过对已有研究成果的总结和分析，我们可以清晰地认识到氧化镓材料在紫外光电子器件领域的巨大潜力。
其高效的紫外光吸收和发射特性，使得氧化镓在紫外光电子器件中展现出了优异的性能表现。
然而，仍然存在一些技术难题需要解决，例如如何提高氧化镓材料的纯度和晶体质量，以及如何进一步优化器件结构和性能等。
综上所述，通过对氧化镓在紫外光电子器件领域的研究进展和应用进行全面的介绍和探讨，本文有助于提高人们对氧化镓材料的认识和理解，同时为进一步的研究和应用提供了参考和借鉴。
希望本文能够对紫外光电子器件领域的学者和工程师有所启发，并推动相关研究的发展和进步。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：文章结构本文共包括引言、正文和结论三个部分。
每个部分分别包含若干小节，用于展开讨论文中的相关内容。
引言部分主要介绍了本文的研究背景和意义，并明确了文章的目的。
首先，概述介绍了氧化镓日盲紫外的研究领域，说明了该领域的重要性和研究现状。
然后，文章结构部分对整篇文章进行了简要的概述，包括各个部分的内容和组织顺序。
最后，明确了本文的研究目的，即从多个角度探讨氧化镓日盲紫外的相关问题。
正文部分是整篇文章的核心部分，包括了第一要点、第二要点和第三要点三个小节。
高增益ZnO_肖特基紫外光电探测器光响应特性
第 44 卷第 10 期2023年 10 月Vol.44 No.10Oct., 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE高增益ZnO肖特基紫外光电探测器光响应特性段雨晗1，2*，蒋大勇1，2，赵曼1，2（1. 长春理工大学材料科学与工程学院，吉林长春 130022； 2. 光电功能材料教育部工程研究中心，吉林长春 130022）摘要：ZnO宽禁带半导体紫外光电探测器具有稳定性高、成本低等诸多优势，在国防、医疗、环境监测等领域具有重要的应用前景。
本文采用射频磁控技术在SiO2衬底上制备了ZnO薄膜，在此基础上获得了具有高增益的金属⁃半导体⁃金属（MSM）结构的ZnO紫外光电探测器。
10 V偏压下，探测器的响应度和外量子效率分别为4.90 A/W和1668%。
这是由于光照情况下，半导体与金属界面处的空穴俘获产生高增益所导致的。
此外，进一步研究了增益效应、外加偏压和耗尽层宽度对ZnO紫外光电探测器响应度的调控规律与影响机制，为高性能紫外光电探测器的研制与性能调控提供了重要的参考依据。
关键词：ZnO；紫外光电探测器；响应度；增益效应；耗尽层中图分类号：O472 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20230169Responsivity Characteristics of ZnO SchottkyUltraviolet Photodetectors with High GainDUAN Yuhan1，2*， JIANG Dayong1，2， ZHAO Man1，2（1. School of Materials Science and Engineering， Changchun University of Science and Technology， Changchun 130022， China；2. Engineering Research Center of Optoelectronic Functional Materials， Ministry of Education， Changchun 130022， China）* Corresponding Author， E-mail： duanyuhan@Abstract：The wide bandgap semiconductor ZnO ultraviolet （UV）photodetector has many advantages，such as high stability，low cost，and has important application prospects in fields such as national defense，medical care，and environmental monitoring. In this work， ZnO thin films were fabricated on SiO2 substrate using radio frequency magnetron sputtering.Subsequently，a ZnO UV photodetector with a high-gain metal-semiconductor-metal （MSM）structure was achieved. At a bias voltage of 10 V， the detector exhibited a responsivity of 4.90 A/W and an external quantum efficiency of 1668%. This high gain was attributed to the hole trapping at the semiconductor-metal interface under illumination.Furthermore，the modulation rules and influence mechanisms of gain effect，applied bias volt⁃age，and depletion layer width on the responsivity of ZnO UV photodetector were thoroughly investigated.This re⁃search provides an important reference for the development and performance control of high-performance UV photode⁃tectors.Key words：ZnO； ultraviolet photodetector； responsivity； gain effect； depletion layer1 引 言紫外探测技术在导弹制导、紫外预警、保密通讯、电网安全监测、人类医疗健康以及全球环境监测等领域具有重要的应用前景[1-6]。
宽禁带半导体MSM结构紫外探测器的研究
宽禁带半导体MSM结构紫外探测器的研究宽禁带半导体MSM结构紫外探测器的研究近年来，随着信息技术和通信领域的快速发展，对于高性能紫外探测器的需求不断增加。
紫外探测器在太阳能光谱研究、积极防护等领域具有广阔的应用前景。
目前，宽禁带半导体金属半导体金属（MSM）结构被广泛应用于紫外探测器的制备，因其具备快速响应速度、高灵敏度、低噪声和良好稳定性等优点。
首先，我们需要了解什么是宽禁带半导体。
宽禁带半导体指的是具有较大能隙的半导体材料，一般指的是能带宽度大于2.0 eV的半导体。
相比于窄禁带半导体，宽禁带半导体具有较好的紫外光响应特性。
这使得宽禁带半导体成为制备高性能紫外探测器的良好选择。
MSM结构是宽禁带半导体紫外探测器中常用的结构之一，由两个金属电极夹持着宽禁带半导体层组成。
它的工作原理是当紫外光照射到宽禁带半导体材料上时，产生的光生载流子在电场的驱动下沿电场方向运动，最终被金属电极采集。
金属电极之间的电流就可以作为紫外光的光信号。
MSM结构具有响应速度快、器件噪声低等优势，适用于高速通信和高精度测量等领域。
在宽禁带半导体MSM结构紫外探测器的研究中，关键问题之一是材料选择。
常见的宽禁带半导体材料包括ZnO、Ga2O3、AlN等。
以ZnO为例，它具有较高的导电率和透明性，能够在紫外光区域实现较高的光吸收效果。
此外，ZnO还具有优异的热稳定性和化学稳定性，有利于提高器件的寿命。
除了材料选择，界面工程也是宽禁带半导体MSM结构紫外探测器研究的重要方向。
界面工程主要通过控制材料的界面特性来提高器件的光电特性。
一种常用的界面工程方法是通过引入介电层来调节材料的界面能级，从而减少缺陷态的存在。
此外，还有其他一些相关研究工作在宽禁带半导体MSM结构紫外探测器的研究中发挥了重要作用。
例如，优化电极形状和尺寸可以提高器件的灵敏度和响应速度。
通过引入表面等离子体共振效应，可以实现对特定波长的紫外光的高效吸收。
综上所述，宽禁带半导体MSM结构紫外探测器具有广泛的应用前景。
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倍增管和硅基紫外光电管。光电倍增管需要在高电压下工作，而且体
积笨重、易损坏，对于实际应用有一定的局限性。硅基紫外光电管需
要附带滤光片，这无疑会增加制造的复杂性并降低性能。
◆ 在过去十几年中，为了避免使用昂贵的滤光器，实现紫外探测器在太 阳盲区下运行，以材料和外延技术较为成熟的 SiC、GaN为代表的宽 带隙半导体紫外探测器引起世界各国重视。
很多国家都开展了相关材料与器件的研究：
◆ 美国军方十分重视 SiC、GaN器件，美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 、ONR、 空军研究实验室(AFRL)、美国弹道导弹防御组织(BMDO)等部门一直把GaN微波
功率器件作为重点支持的领域。
◆ 在美国军方的支持下，CREE公司于2001年已将GaN HEMT器件与相关的外延材 料用航天飞机运载到空间站并将它们安置在空间站的舱外，进行轨道运行试验，
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二、宽禁带半导体紫外探测器简介
2、宽禁带半导体紫外探测器的结构
根据基本工作方式的不同，宽禁带半导体紫外探测器可以分为 光电导探测器（无结器件）和光生伏特探测器（结型器件），其中 光生伏特探测器又分为肖特基势垒型、金属-半导体-金属（MSM） 型、pn结型、pin结型等。
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二、宽禁带半导体紫外探测器简介
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二、宽禁带半导体紫外探测器简介
(3) MSM型紫外探测器
◆ 1985年德国半导体电子研究所率先发明了横向结构叉指状电极的肖特基光电
二极管(MSM-PD)，改善了传统光电二极管的性能。
◆ 此结构是用平面线型叉指电极和半导体材料形成“背靠背”的双肖特基势垒。 当 在电极上加上直流偏置电压时，一个势垒正向偏置，另一个势垒则反向偏置， 因此暗电流极小，几乎比同种材料的光电导探测器的暗电流小3-5个数量级。 ◆ MSM型光伏探测器不需要进行p型掺杂，具有响应度高、速度快、随偏压变化 小、制备工艺简单、造价低、易于单片集成等优点，得到人们的普遍关注。 LOGO
(1) 光谱响应特性
◆ 当不同波长的光照射探测器时，只有能量满足一定条件的光子才能激发出光生 载流子从而产生光生电流。 ◆ 对于半导体材料，要发生本征吸收，光子能量必须大于或者等于禁带宽度，即 对应于本征吸收光谱，探测器对光的响应在长波方面存在一个波长界限λ0，根据 发生本征吸收的条件
h h 0 Eg
0 (1 R f ) e ( )d i (1 R f ) e ( )d (1 e ( )W )
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二、宽禁带半导体紫外探测器概述
2、宽禁带半导体紫外探测器
◆ 宽禁带半导体材料具有卓越的物理化学特性和潜在的技术优势，用它们制作的 器件在高功率、高温、高频和短波长应用方面具有比 Si、GaAs等器件优越得 多的工作特性，使得它们在军用、民用领域有更好的发展前景，一直受到半
导体业界人士的关注。
◆ 但是由于工艺技术上的问题，特别是材料生长和晶片加工的难题，进展一直十 分缓慢。直到20世纪80年代后期至90年代初，SiC单晶生长技术和GaN异质 结外延技术的突破，使得宽禁带半导体器件的研制和应用得到迅速的发展。 ◆ 用SiC、GaN材料制造实用化器件已经在电力电子、射频微波、蓝光激光器、 紫外探测器和MEMS器件等重要领域显示出比硅和GaAs更优异的特性，并开 始取得非常引人注目的进展。 LOGO
少，存在生长设备落后、投入不足、缺少高质量大尺寸的衬底、外延生长 技术不成熟等问题，进展较慢，还处在初步阶段。 ◆ 虽然军事上、民用上都迫切需要高性能、高可靠性的紫外探测器，但目前所 研制的宽禁带半导体紫外探测器还未达到商品化的程度。
◆ 紫外探测器的性能受到多方面因素的影响，要制备性能优越的紫外探测器，
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二、宽禁带半导体紫外探测器概述
(3) 量子效率
量子效率分为内量子效率和外量子效率： ◆ 内量子效率定义为入射至器件中的每一个光子所产生的电子-空穴对数目，即
i
产生的电子 空穴对个数 入射的光子数
◆ 在实际应用中，入射光的一部分在器件表面被反射掉，在有源层中被吸收部分 的大小又取决于材料的吸收系数和厚度，所以实际上只是部分的Popt能被器件有效 地吸收而转化为光电流。定义外量子效率为
宽禁带半导体紫外 探测器
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主要内容
一 引言 二 宽禁带半导体紫外探测器概述
三 紫外探测器的应用
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一、引言
◆ 第一代元素半导体材料Si以及第二代化合物半导体GaAs、InP等材料由于具
有禁带宽度小、器件长波截止波长大、最高工作温度低等特点而使得器件 的特性及使用存在很大局限性，满足不了目前军事系统的要求。 ◆ 第三代宽带隙半导体材料主要包括SiC、GaN、ZnO和金刚石等，同第一、 二代电子材料相比，具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、 导热性能好等特点，适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电 子器件；而利用其特有的宽禁带，还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器 件和光探测器件。
2、宽禁带半导体紫外探测器的结构
几种不同类型宽禁带半导体紫外探测器结构示意图
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二、宽禁带半导体紫外探测器简介
(1) 光导型紫外探测器
◆ 光电导探测器，简称PC探测器，是利用光电导效应制作的光探测器。
◆ 一块半导体体材料和两个欧姆接触即可构成光导型结构的紫外探测器。
◆ 光导型紫外探测器具有结构简单、工艺容易和内部增益高等优点，但不足之 处是响应速度慢、暗电流大。
外延技术的突破，使得宽禁带半导体器件的研制和应用得到迅速的发展。 ◆ 用SiC、GaN材料制造实用化器件已经在电力电子、射频微波、蓝光激光器、紫 外探测器和MEMS器件等重要领域显示出比硅和GaAs更优异的特性，并开始取 得非常引人注目的进展。
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一、引言
由于SiC、GaN等宽禁带半导体材料在军事领域具有巨大的应用潜力，
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二、宽禁带半导体紫外探测器简介
(2) 肖特基势垒紫外探测器
◆ 实际上就是一个肖特基势垒二极管，可集高的响应度与低的暗电流于一身，具 有响应时间短、量子效率高、势垒高度高、回避p型等优点。 ◆ 但它存在一些问题：
1）由于光照射半导体时必须通过金属电极入射或者通过透明的衬底背面入射，因而入射光 会受到较大损失。但是因为大多数半导体在紫外波段都吸收很厉害，吸收系数一般较大， 所以使用良好的抗反射层，使大部分光吸收在表面结附近是完全可以实现的； 2）金属-半导体接触所形成的结比较浅，主要在半导体表面附近； 3）肖特基结构受表面态影响严重，表面态由很多深能级组成，可加剧光生电子-空穴对的复 合，从而降低器件的量子效率。要消除表面态是非常困难的，这在一定程度上制约了肖 特基结构器件的发展。
可得到本征吸收长波限的公式为
0
hc 1.24 ( m) E g E g (eV )
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二、宽禁带半导体紫外探测器概述
(1) 光谱响应特性
根据半导体材料的禁带宽度，可以算出相应的本征吸收长波限。
★ 对于GaN材料而言，Eg=3.4eV，则GaN探测器的长波限λ0≈365nm。
★ 对于4H-SiC材料，Eg=3.26eV，则其长波限λ0≈380nm 。 从计算结果可以看出，GaN、4H-SiC材料的本征吸收长波限都在紫外区。
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一、引言
表1 Si、GaAs和宽带隙半导体材料的特性对比
材料 带隙类型 禁带宽度(eV) 熔点(℃) 热导率(W/cm•K) 电子迁移率(cm2/V•s) 介电常数
Si和GaAs Si 间接 1.119 1420 1.40 1350 11.9 GaAs 直接 1.428 1238 0.54 8000 13.18 SiC 间接 2.994 2830 4.9 1000 9.7
提高薄膜质量，也易于实现掺杂。
◆ ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在紫外光探测、表面声波器件、太阳能电 池、可变电阻等诸多领域得到了广泛应用。
◆ ZnO薄膜传感器具有响应速度快、集成化程度高、功率低、灵敏度高、选择性好、
原料低廉易得等优点。 LOGO
二、宽禁带半导体紫外探测器简介
(4) 金刚石紫外探测器
以便真实地评估器件的可靠性和抗辐照能力。
◆ 为了进一步推进宽禁带半导体器件的发展，美国国防部在2001年启动宽禁带半导 体技术创新计划 (WBSTI) ，重点解决材料质量和器件制造技术问题，促进此类器
件工程化应用的进展。
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一、引言
◆ 相比之下，我国对宽禁带半导体材料与器件的研究起步晚，而且研究单位较
可以从以下几个问题入手： 1）宽禁带半导体材料的生长技术； 2）宽禁带 半导体紫外探测器的关键工艺技术；3）探测器结构的设计与优化。
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二、宽禁带半导体紫外探测器概述
1、紫外探测器的性能参数
紫外探测器的主要参数包括暗电流、光电流、响应度、量子效
率和响应时间等。
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二、宽禁带导体紫外探测器概述
宽带隙半导体材料 金刚石 间接 5.5 4000 20 2200 5.5 GaN 直接 3.36 1700 1.5 900 8.9 ZnO 直接 3.37 1975 -
饱和速率(cm/s)
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1×107
2×107
2×107
2.7×107
2.5×107
-
一、引言
◆ 在紫外探测器方面，目前已投入商业和军事应用的比较常见的是光电
◆ 金刚石是禁带宽度为5.45eV的宽带隙半导体材料，具有高的载流子迁移率、高 的击穿电压、高的热导率、高掺杂性和化学惰性，是非常适合于制备探测器 件的材料。 ◆ 由于金刚石膜的禁带宽度比GaN大，在短于230nm的紫外光部分，金刚石膜探 测器有很大的光谱响应，且具有很强的可见光盲性，它的光生电流比Si探测器 高得多，信噪比及信号稳定性也比Si的强。