立方氮化硼紫外光电效应的研究

论文摘要

立方氮化硼是一种人工合成的宽禁带半导体材料,禁带宽度为6.4eV,截止波长为193nm,适合于深紫外日盲区的探测。与其它用于紫外光探测的材料相比具有如下优点:禁带宽度更大、工作温度高;介电常数小,寄生电容小,器件的响应速度快;耐腐蚀、抗高能粒子辐射,更适合工作在恶劣的环境中;而且材料的击穿电压高。另外我们分析了目前紫外光电探测器的工作机理及结构,认为MSM光伏型结构与光电导型、P-N结型、P-I-N结型相比更有优势。它暗电流小、响应时间短、响应速度快、结构工艺相对简单、对材料的要求也不苛刻。本论文采用共面MSM电极结构,利用蒸发、光刻、剥离等工艺制作了此种样品结构,并按照所采用的衬底材料、电极结构的不同制作了多种样品,包括以玻璃基片为衬底、以镶嵌粉为衬底的简单样品和以镶嵌粉为衬底的插指结构样品。我们对所制作的立方氮化硼MSM结构的样品分别以氘灯和248nm准分子激光器作为光源对其光响应特性进行了测试和分析,我们测得了它的光电流和暗电流,得到了光响应的I-V特性曲线。当氘灯作为光源时,在10V偏压下,样品1、样品2的光电流分别是暗电流的3和7倍,在21V偏压下,样品3的光电流约为暗电流的2倍;在以248nm准分子激光器为光源对样品2做测试时,外电压加至817V以上时光电流随着电压的增加而增加,且从有光照至样品到电流增加的这个过程所用的时间在减小。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 半导体材料紫外光电探测器的发展
• 1.2 主要工作
• 1.3 本论文的主要内容
• 第2章 紫外光电探测器的工作原理和结构设计
• 2.1 紫外光电探测器的分类和一般工作原理
• 2.1.1 光电子发射型探测器
• 2.1.2 光电导探测器
• 2.1.3 光伏探测器
• 2.2 MSM紫外光电探测器的结构及工作原理
• 2.2.1 MSM紫外光电探测器的结构
• 2.2.2 MSM型光电探测器的工作原理
• 2.3 MSM光电探测器电流—电压特性
• 2.3.1 肖特基结的电流特性
• 2.3.2 MSM光电探测器的暗电流特性
• 2.3.3 MSM光伏型光电探测器的光电流特性
• 2.4 MSM紫外光电探测器电容—电压特性
• 2.5 MSM紫外光电探测器的主要参量及物理意义
• i和η'>2.5.1 量子效率η_i和η
• 2.5.2 光电响应度R
• 2.5.3 光谱响应特性
• d'>2.5.4 暗电流I_d
• 2.5.5 响应时间τ
• 2.5.6 器件的具体结构设计
• 第3章 立方氮化硼材料与其产生光电效应的物理机制
• 3.1 立方氮化硼的结构、性质、应用及存在的问题
• 3.1.1 立方氮化硼的结构
• 3.1.2 立方氮化硼晶体的基本性质
• 3.1.3 立方氮化硼应用
• 3.1.4 存在的问题
• 3.2 立方氮化硼光电效应的响应机理
• 3.2.1 光倍频的基本原理
• 3.2.2 光垂直于（111）面入射到立方氮化硼晶体上时的倍频极化强度
• 第4章 立方氮化硼MSM测试样品的制备及性能测试
• 4.1 立方氮化硼MSM简单样品的制备
• 4.1.1 第1 种型号立方氮化硼单晶MSM结构样品的制作
• 4.1.2 第2 种型号立方氮化硼单晶MSM结构样品的制作
• 4.1.3 第3 种型号立方氮化硼单晶MSM结构样品的制作
• 4.2 立方氮化硼MSM交叉指状样品的制备
• 4.2.1 光刻工艺
• 4.2.2 蒸发工艺
• 4.2.3 剥离工艺
• 4.2.4 本实验插指电极的制备
• 4.3 立方氮化硼样品暗电流、光电流的测试
• 4.4 立方氮化硼样品响应时间和响应光谱的测试
• 4.5 立方氮化硼样品双光子响应测试
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract