AlN器件.pptx

AlN单晶材料在紫外探测中的应用常 彬 201620271晶体材料研究所氮化铝（AlN ）晶体是一种优良的直接带隙宽禁带化合物半导体材料, 具有高击穿场强、高热导率、化学和热稳定性好等优异性能, 是理想的紫外光电子材料, 也是用于高温、高频和大功率领域的电子材料; 同时,氮化铝晶体与氮化镓（GaN）晶体有非常接近的晶格常数和热膨胀系数, 是外延生长氮化镓基光电器件的优选衬底材料。随着半导体技术的发展, 氮化铝晶体受到越来越多的重视。常用的紫外线探测器主要有三种类型:一、光电真空探测器，如光电倍增管、像增强器和EBCCD等;二、光电导探测器，如GaN基和AlGaN基电光导探测器等;三、光伏探测器，如Si，SiC,GaN P-N结和肖特基势垒光伏探测器以及CCD。紫外线探测器对紫外辐射具有高响应。其中，日盲紫外探测器的光谱响应区集中在中紫外(波长小于290nm)，而对紫外区以外的可见光及红外辐射响应较低;光盲紫外探测器长波响应限在紫外与可见光交界处。紫外探测器工作原理 探测器是将一种形式的电磁辐射信号转换成另一种易被接收处理信号形式的传感器，光电探测器利用光电效应，把光学辐射转化成电学信号。光电效应可分为外光电效应和内光电效应。外光电效应中，光子激发光阴极产生光电子，然后被外电极收集，获得的光信号(电流等)是接收到的辐射转换值。外光电效应器件通常指光敏电真空器件，主要用于紫外、红外和近红外等波段。具有内增益的外光电效应器件包括光电敏倍增管、像增强器等光敏电真空器件，它们具有极高灵敏度，能将极微弱的光信号转换成电信号，可进行单光子检测，其灵敏度比内电光效应的半导体器件高几个量级。 内光电效应分为光导效应和光伏效应。光导效应中，半导体吸收足够能量的光子后，把其中的一些电子或空穴从原来不导电的束缚状态激活到能导电的自由状态，导致半导体电导率增加、电路中电阻下降。光伏效应中，光生电荷在半导体内产生跨越结的P-N小势差。产生的光电压通过光电器件放大并可直接进行测量。根据光导效应和光伏效应制成的器件分别称为半导体光导探测器和光伏探测器。AlN Micro/Nanowire用于紫外探测器(a) Schematic presentation and (b) representative SEM image of as-prepared AlN micro/nanowire-based photodetector2015年，F. Huang课题组报道了新方法生长的高质量AlN微/纳米线。 其组建的低维结构真空紫外敏感的光电探测器响应速度快。AlN微/纳米线VUV光电探测器对紫外光表现出了极高的感应性并实现了实现的最短响应波长(λ 200 nm)和截止波长(208nm)。Adv. Mater. 2015, 27, 3921–3927(c) I-V characteristics of AlN micro/nanowire-based photodetector illuminated under a light of 193 nm (with an average power density of 1 W.cm?2) and under dark condition; (d) Time-dependent response of the device measured under air environment at room temperature applied a bias of 20 V. Photoresponse rise and decay time ( Rτ and Dτ ) is recorded, which is less than 0.1 and 0.2 s, respectively.结语 紫外探测技术是近几年来热门的军民两用光电探测技术，是一种被动探测。在紫外探测技术中，主要有紫外探测器件和紫外成像器件的研究。目前比较成熟的是GaN/AlGaN异质结阵列，SiC和GaN紫外探测器以及紫外CCD。而以AlN为基底的微结构材料的生长工艺面临着一定的技术挑战，现在比较成熟的是GaAlN器件，而AlN器件还有待进一步发展。因此，在此领域中蕴藏着巨大的研发机遇和创新机会。通过不断优化氮化铝材料的生长技术、改善器件结构设计、改进器件制造工艺等措施逐渐抑制其不利因素，AlN器件会在紫外探测领域展现出良好的潜力。敬请批评指正！谢谢大家！