【摘要】：紫外探測技術(shù)是繼紅外和激光探測技術(shù)之后發(fā)展起來的一項軍民兩用技術(shù),已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和深入研究。在軍事領(lǐng)域,紫外探測器可用于導(dǎo)彈早期預(yù)警。在民用領(lǐng)域,可利用紫外探測技術(shù)監(jiān)控臭氧層的厚度,污染物的排放,探測各種高壓電設(shè)施的電暈放電現(xiàn)象等。目前人們對紫外探測器的研究大多集中在光敏材料上,而對器件結(jié)構(gòu)研究較少。MSM(Metal-Semiconductor-Metal)紫外探測器的電極結(jié)構(gòu)不僅影響光的入射和吸收,同時還影響器件中電場的分布,因此不同電極結(jié)構(gòu)將對紫外探測器的性能產(chǎn)生影響。本文結(jié)合軟件仿真與器件制備,分別研究不同電極結(jié)構(gòu)對歐姆接觸型和肖特基接觸型MSM紫外探測器特性的影響。研究工作的主要內(nèi)容如下:1.利用ISE-TCAD軟件對器件進行了仿真與優(yōu)化,研究了叉指電極寬度以及指間間距對紫外探測器光/暗電流的影響。利用泊松方程、載流子連續(xù)性方程、電流密度方程等半導(dǎo)體基本方程,建立了漂移擴散模型、復(fù)合模型等物理模型。在此基礎(chǔ)上使用ISE-TCAD器件仿真軟件,分別探究了 Al-ZnO-Al以及Au-ZnO-Au叉指電極結(jié)構(gòu)的電極寬度與指間間距對器件光/暗電流的影響。2.以硅片為襯底,利用磁控濺射、光刻等半導(dǎo)體工藝制備了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的Al-ZnO-Al MSM紫外探測器。研究電極結(jié)構(gòu)對歐姆接觸型MSM紫外探測器穩(wěn)態(tài)電流電壓特性、開關(guān)響應(yīng)特性以及光譜響應(yīng)特性的影響,并深入研究了影響器件開關(guān)特性的因素。實驗結(jié)果表明,Al與純度為99.99%Zn0能形成理想的歐姆接觸;器件的暗電流受叉指電極寬度的影響,而與電極間距無關(guān);器件的光電流隨電極間距的增加而增大;實驗結(jié)果表明當(dāng)叉指電極的寬度為200μm,指間寬度為600μm時,器件光/暗電流比最大達156;叉指電極的結(jié)構(gòu)參數(shù)對紫外探測器的開關(guān)特性沒有明顯的影響。實驗制備的探測器的上升時間為56s,下降時間為141s。此外器件對370nm附近的紫外光具有最強的響應(yīng)度。3.通過在ZnO表面制備Au叉指電極,研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的Au-ZnO-Au結(jié)構(gòu)紫外探測器的穩(wěn)壓直流特性、開關(guān)響應(yīng)特性以及光譜響應(yīng)特性的影響。實驗表明,Au與純度為99.99%Zn0能形成良好的肖特基接觸。叉指電極間距對器件的暗電流沒有明顯影響,當(dāng)偏壓從0V增加到|0.4|V過程中,器件的暗電流急劇增加,在5V偏壓下暗電流約為15pA。器件的光電流隨叉指電極間距的增加而增大。當(dāng)L=600μm時器件光暗電流比達為132。器件的暗電流與光電流,都隨叉指電極寬度增加而增大。而器件光暗電流比隨電極寬度的增加而降低。探測器的上升時間為3.4s左右,下降時間為5.3s左右,比Al-ZnO-Al光電導(dǎo)型紫外探測器的響應(yīng)時間短。此外,探測器的開關(guān)特性主要取決于載流子的壽命。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN23
【圖文】：

間接實現(xiàn)對光的測量。外探測器基本類型及結(jié)構(gòu)紫外探測器的原理探測器是一種將入射光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，其探測具下幾步: (1)半導(dǎo)體材料受到光激發(fā)內(nèi)部或者表面產(chǎn)生非平衡載衡載流子將改變器件的電學(xué)特性（如改變材料的電導(dǎo)率）; (3光信號轉(zhuǎn)化成電信號。紫外探測器的基本類型紫外探測器工作原理的不同，探測器主要分為熱探測器（S.Shi 2010）和光子探測器(R. Miller, 2008)兩大類。具體分類見圖 1

當(dāng)吸收紫外輻射后晶體溫度上升導(dǎo)致自發(fā)極化強度產(chǎn)生變化，在垂直自發(fā)極化方向的表面出現(xiàn)細微電壓變化，電壓的變化可以用來測量入射的紫外輻射功率。光子探測包含光導(dǎo)型、光伏型、光發(fā)射型等。（1）光電導(dǎo)(PC)探測器: 當(dāng)半導(dǎo)體受到外界光激發(fā)時候，在半導(dǎo)體內(nèi)部或者表面產(chǎn)生非平衡光生載流子，非平衡載流子使得材料的電導(dǎo)率增加。對于特定的器件來說，將會使器件的電阻發(fā)生變化。從而實現(xiàn)對紫外光的探測。（3）光伏(PV)探測器:是利用半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)制作的光探測器，又稱為結(jié)型探測器。基本原理是光照射結(jié)時，電子空穴對被內(nèi)建電場分離，當(dāng)結(jié)短路后會產(chǎn)生光電流。光伏探測器雖然沒有光電流增益，由于結(jié)的存在它的暗電流很小背景噪聲也比光導(dǎo)型探測器低很多，響應(yīng)時間一般比較快。其中光伏紫外探測器又可分為:肖特基光電二極管型，金屬一半導(dǎo)體一金屬(MSM)光電二極管型，p和 p-i-n 光電二級管型，場效應(yīng)光電晶體管(FET)型等（L, Periale et al，2006）圖 1-2 是不同結(jié)構(gòu)的結(jié)型紫外光探測器示意圖。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2723115