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日本國(guó)立材料所成功研發(fā)金剛石DUV探測(cè)器

DT半導(dǎo)體 ? 來(lái)源:DT半導(dǎo)體 ? 2025-02-11 09:55 ? 次閱讀
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在超寬帶隙半導(dǎo)體領(lǐng)域,研究者們正致力于開(kāi)發(fā)具有超高增益的深紫外(DUV)光電探測(cè)器,以期達(dá)到與光電倍增管(PMT)相媲美的性能。這些探測(cè)器對(duì)于200-280納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)的日盲檢測(cè)和通信至關(guān)重要,因?yàn)樗鼈兡軌蛱峁└哽`敏度、高速度、高光譜選擇性、高信噪比和高穩(wěn)定性。然而,現(xiàn)有的基于超寬帶隙半導(dǎo)體的探測(cè)器,如AlGaN和Ga2O3,面臨著高工作電壓、高晶格缺陷密度、相偏析問(wèn)題以及對(duì)磁場(chǎng)敏感性等挑戰(zhàn),限制了它們?cè)谛阅苌系倪M(jìn)一步發(fā)展。

金剛石作為一種具有超寬帶隙、高熱導(dǎo)率、化學(xué)惰性、高絕緣性和輻射抗性的材料,被認(rèn)為是制造DUV光電探測(cè)器的理想候選材料。金剛石基光電探測(cè)器的發(fā)展已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但靈敏度和整體性能仍需進(jìn)一步提升,以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。研究者們正在探索通過(guò)表面狀態(tài)和深層缺陷的協(xié)同效應(yīng),實(shí)現(xiàn)在低電壓下工作的超高增益DUV光電探測(cè)器,以期解決單片集成的挑戰(zhàn),并推動(dòng)與集成電路兼容的DUV探測(cè)器技術(shù)的發(fā)展。

日本國(guó)立材料研究所廖梅勇團(tuán)隊(duì)證明了利用Ib型單晶金剛石(SCD)襯底表面態(tài)和深層缺陷的協(xié)同效應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)低工作電壓(<5 V)的超高增益DUV光電探測(cè)器(PD)。金剛石DUV- PD的整體光響應(yīng),如靈敏度、暗電流、光譜選擇性和響應(yīng)速度,可以通過(guò)SCD襯底表面的氫或氧終止來(lái)簡(jiǎn)單地定制。在220 nm光下,DUV響應(yīng)率和外量子效率分別超過(guò)2.5 × 104A/W和1.4 × 107%,與PMT相當(dāng)。DUV/可見(jiàn)光抑制比(R220 nm/R400 nm)高達(dá)6.7 × 105。深氮缺陷耗盡二維空穴氣體提供了低暗電流,在DUV照射下電離氮的填充產(chǎn)生了巨大的光電流。表面態(tài)和本體深度缺陷的協(xié)同效應(yīng)為開(kāi)發(fā)與集成電路兼容的DUV探測(cè)器開(kāi)辟了道路。

相關(guān)成果以題為“Synergistic Effect of Surface States and Deep Defects for Ultrahigh Gain Deep-Ultraviolet Photodetector with Low-Voltage Operation”發(fā)表在Advanced Functional Materials。

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圖1 能帶圖和表面電導(dǎo)率。

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圖2 光電探測(cè)器在暗光和DUV光下的I-V特性。

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圖3 光響應(yīng)特性與氧化時(shí)間的關(guān)系。

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圖4 光子晶體的時(shí)變光響應(yīng)。

2025(第五屆)碳基半導(dǎo)體材料與器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇

2025(第五屆)碳基半導(dǎo)體材料與器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇(CarbonSemi 2025)將在2025年4月10-12日于寧波召開(kāi)。

碳基半導(dǎo)體(包括金剛石、碳化硅、石墨烯和碳納米管等)因其超寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高載流子遷移率以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等卓越的特性,正在成為解決傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體材料逐漸逼近物理極限問(wèn)題的關(guān)鍵途徑。在人工智能、5G/6G通信、新能源汽車等迅猛發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。尤其是在當(dāng)前不確定的國(guó)際局勢(shì)和貿(mào)易環(huán)境背景下,碳基半導(dǎo)體戰(zhàn)略意義凸顯,成為多國(guó)布局的重要賽道。

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原文標(biāo)題:日本國(guó)立材料研究所:實(shí)現(xiàn)金剛石DUV探測(cè)器!

文章出處:【微信號(hào):DT-Semiconductor,微信公眾號(hào):DT半導(dǎo)體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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