日盲紫外光电探测器全解.pptx

日盲紫外光电探测器日盲紫外光电探测器1 紫外光紫外光波长小于波长小于280NM 1 能够对紫外光辐射进行接收和探测的能够对紫外光辐射进行接收和探测的器件器件1什么是日盲紫外光电探测器？什么是日盲紫外光电探测器？2什么是日盲紫外光电探测器？什么是日盲紫外光电探测器？3理想日盲紫外光电探测器的特点理想日盲紫外光电探测器的特点1.对于波于波长长于于280nm的光没有响的光没有响应12.量子效率和灵敏度比量子效率和灵敏度比较高高13.抗抗辐射性能和化学射性能和化学稳定性超定性超强14.背景噪声比背景噪声比较低低15.探探测区域广区域广阔14MgZnO 14H-SiC 1GaN/AlGaN 1日盲紫外光电探测器的日盲紫外光电探测器的制备材料制备材料5 能在高温度和高能量下工作能在高温度和高能量下工作1 光电材料光电材料,量子效率很低量子效率很低,带隙不可调制带隙不可调制1 4H一一SIC4H一一SIC：间接带隙间接带隙,带隙为带隙为3.26eV 1 高熔点高熔点(28300C)1 高热传导性高热传导性(4.9一一SW/cm.k)16 4H-SiC7 4H一一SIC 采用采用4H-SiC已经成功制备了肖特基势垒光电已经成功制备了肖特基势垒光电二极管、二极管、MSM光电探测器、光电探测器、PIN光电探测器和光电探测器和APD等等28 具有匹配的单晶衬底具有匹配的单晶衬底4 生长温度较低生长温度较低(100一一7500e)4 带隙可调范围带隙可调范围(3.37一一7.sev)4 抗辐射能力抗辐射能力强（强（8）4 成本低成本低,原料丰富原料丰富4 利于制备高性能的日盲紫外探测器，利于制备高性能的日盲紫外探测器，MgZnO 三元合三元合金材料可以应用在从金材料可以应用在从 200-370nm 很宽的紫外光波段很宽的紫外光波段4 镁锌氧镁锌氧(MgZnO)9 镁锌氧镁锌氧(MgZnO)10 镁锌氧镁锌氧(MgZnO)11GaN特点：特点：1.直接带隙直接带隙32.强的化学稳定性强的化学稳定性33.抗辐射性抗辐射性强强34.可可掺铝掺铝调节调节带隙带隙3（3.44eV(GaN)-6.2eV(AIN)）氮化稼氮化稼/铝稼氮铝稼氮(GaN/AIGaN)12氮化稼氮化稼/铝稼氮铝稼氮(GaN/AIGaN)探测器探测器优点：优点：1.性能高性能高3 探测从探测从20Onm-300nm,暗电流值皮安暗电流值皮安(PA)-飞安飞安,2.响应速度快响应速度快3缺点：缺点：1.生长温度很高生长温度很高3 2.没有合适的匹配衬底没有合适的匹配衬底,P型掺杂生型掺杂生长高质量高长高质量高AI浓度的浓度的AIGaN薄膜仍存在很薄膜仍存在很大的困难大的困难313 氮化稼氮化稼/铝稼氮铝稼氮(GaN/AIGaN)14氮化稼氮化稼/铝稼氮铝稼氮(GaN/AIGaN)GaN/AIGaN是是目前目前制备日盲制备日盲紫外光探测器的紫外光探测器的最好的材料最好的材料,最最广泛的广泛的应用于应用于宽带隙半导体紫外宽带隙半导体紫外探测器探测器3目前取得了比较好的结果的国家目前取得了比较好的结果的国家美国美国，土耳其和西班牙土耳其和西班牙315MSMp-np-i-nAPDSAM 实现结构实现结构16MSM结构结构 分为分为光电导型和肖特基型光电导型和肖特基型5光电导型工作原理：主要是利用光电导效应来制备探测器5光电导效应光电导效应：自由自由态 加加外外电场电流增大流增大内部内部电子束子束缚态光照光照 MSM结构结构17 MSM结构结构肖特基型肖特基型工作原理：1.偏压2.紫外光照射大量电子-空穴对扩散或漂移运动小的暗电流实现较高的信噪比适合用于制适合用于制备高性能的紫外探高性能的紫外探测器器18 MSM结构结构19 MSM结构结构20 MSM结构结构 优点优点：1.MSM光电探测器在紫外波段响应度较高5 2.肖特基型紫外光电探测器响应带宽大、噪 声小、暗电流低适合制作太阳盲探测器和高速 率器件621 MSM结构结构器件结构示意图5：22工作原理工作原理7：加上 VR反向偏压，使形成电场和内建电场方向相同相同吸收大于等于大于等于Eg的入射光子 激发 p、I 和 n 区的价带电子，形成大量形成大量电子空穴对电子空穴对电场作用使电子和空穴分离分离导带中电子向 n 区运动，价带空穴向 p 区运动在器件两电极上产生光电压光电压，在外电路中形成光电流，即将接收到的光学信号转换成电学信号输出。P-I-N结构结构23 P-I-N结构结构特点特点：1.p区必须很薄以提高短波长紫外光的灵敏度7 2.一般结深很小，入射紫外光只能在 I 型层被吸 收并激 发电子空穴对7 3.I 型层的光生载流子在强电场下加速，渡越时 间很短7 4.时间常数的主要因素为电路时间常数，应恰 当地选择 电路的负载电阻是提高其频率特性的 关键724 P-I-N结构结构优点优点7：25 P-I-N结构结构P-i-n结构紫外光电二极管管芯结构结构紫外光电二极管管芯结构7：26 P-I-N结构结构27原理原理：半导体的PN结受到紫外光照8 价电子吸收能量大于或等于半导体材料的禁带宽度的光 子产生自由电子空穴对，即光生载流子8电子空穴被分开并向相反的方向漂移；在耗尽区边界处 被收集，使得两侧产生电势差 8 PN光电二极管与外电路连通时，电子向n区漂移，空穴向p区漂移，从而在外电路中产生光生电流 8 P-N结构结构28 P-N结构结构29工作原理工作原理：光电探测器的两极加高的偏压8使结区载流子能获得很大的能量8高能载流子与晶格原子碰撞而使晶格原子发生电离，产生新的电子空穴对8 新产生的电子空穴对在向电极运动过程中又获得足够的能量，再次与晶格原子碰撞，又产生新的电子空穴对8产生大量载流子，使PN结内电流急剧倍增8 APD结构结构30 APD结构31 APD结构32 APD结构结构33 吸收区的掺杂浓度较低掺杂浓度较低，厚度可以很长，在正常工作状态下，吸收区将全部耗尽8提高器件的量子效率，又提高了器件的光谱响应速度8倍增区可以很薄使此区的电场分布比较均匀，在高电场下可以产生统一的雪崩倍增，而器件的击穿电压为电场强度在耗尽区长度上的积分8 SAM 结构结构34 SAM 结构结构35 传统的光电发射紫外光电阴极在技术上已经比较成熟,但也有一些研究机构或者公司在对其进行改进,这些改进工作主要集中在提高阴极灵敏度提高阴极灵敏度,降低暗噪声等方面降低暗噪声等方面。9目前在传统光电发射紫外探测器研制及生产技术方面处于领先的是德国Prox-itronic公司，其光电阴极在254 nm处辐射灵敏度可达40 mA/W,等效背景辐照度达到10-13W/m2 9。负电子亲和势AlGaN阴极阴极成为紫外探测器研究的一个重要领域,并且最近几年取得了巨大进展9。加州大学伯克利分加州大学伯克利分校校和美国西北大学美国西北大学联合所做的研究曾报道:经过铯激活处理的p型掺杂的Al-GaN反射型光电阴极,在122 nm处所测得的量量子效率高达子效率高达70%80%，而到360 nm处则降到10%20%,这比传统的CsI和Cs2Te阴极有了明显的进步9 研究进展研究进展361.光电测雹仪的原理及构造92.宇航探测93.紫外通讯94.输电线电晕放电检测95.紫外指纹检测9 紫外光电探测仪的应用紫外光电探测仪的应用37 光电测雹仪的原理及构造光电测雹仪的原理及构造38 紫外通讯紫外通讯39 输电线电晕放电检测输电线电晕放电检测40 紫外指纹检测紫外指纹检测41参考文献：参考文献：1曹建明 “MgZnO日盲紫外探测器的制备和性能研究”中国知网长春理大学硕士论文 2011-03-012姜文海;陈辰;周建军;李忠辉;董逊“Al_0_66_Ga_0_34_N日盲紫外光电探测器研究”中国知网 半导体技术期刊 2008-12-31 3李健;赵曼 “肖特基型氮铝镓紫外光电探测器”中国知网 中国计量学院学报期刊 2009-09-154 韩舜“MgZnO薄膜及其紫外光电探测器制备和特性研究”中国知网中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）博士论文 2011-04-01 5李海龙“背入射Au_Zr_xTi_1_x_省略_2_Au肖特基结紫外探测器的研究”中国知网 吉林大学硕士论文 2013-05-01 6赵曼;李健;王晓娟;周脉鱼;鲍金河;谷峰“肖特基型氮化镓紫外光电探测器性能”中国知网光学学报期刊 2009-12-15 7陈厦平“p-i-n结构4H-SiC紫外光电二极管单管及一维阵列的研制”中国知网厦门大学 博士论文 2007-11-018陶源;王平;尚金萍;谭红兵“APD在紫外通信中的应用探讨”中国知网舰船电子工程期刊 2010-05-209杨杰“紫外探测技术的应用与进展”中国知网光电子技术期刊 2011-12-28 42 Thank you!43