光电探测器的制备和性能测试

第３０卷第３期　２０１１年６月　红外与毫米波学报　Ｊ．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ　Ｖ０ｌ＿３０．Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ。２０１１　

文章编号：１００１—９０１４（２０１１）０３—０２４６—０４　

平面型ＧａＮ　Ｐ・ｎ结探测器的制备与性能　

包西昌　，　张文静　，　刘诗嘉　，　李　超　。，　李向阳　，　

（１．中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室，上海２０００８３；　２．中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海２０００８３；　３．中国科学院研究生院，北京１０００３９）．　

摘要：采用金属有机物化学气相沉积（ＭＯＣＶＤ）方法在蓝宝石衬底上制备了ｐ－ＧａＮ单晶薄膜．高温（＞１ＩＯ０￣Ｃ）处理　及未处理样品的双晶摇摆曲线测试表明高于１１５０ｏＣ会使材料的晶体质量明显变差，这为平面型紫外探测器制备中　的部分注入激活条件提供了选择依据．通过ＴＲＩＭ软件优化了注入条件，在选择性注入改型材料上成功制备了平面　ＧａＮ　ｐ－ｎ结型光电探测器．测试结果表明：室温下的零偏压暗电流密度为４．７　ｎＡ／ｃｍ　，而一５　Ｖ偏压下的暗电流密　度则达到了６７　ｐ￣Ａ／ｃｍ　．室温下的峰值响应率０．０６５　Ａ／ｗ出现在３６８　Ｂｉｌｌ处．在低温下器件的峰值响应明显降低，　８０　Ｋ时，３６０　ｎｍ处的峰值响应率仅为０．０３９　Ａ／Ｗ．禁带宽度、串联电阻、内建电场等是引起探测器响应率随温度降　低的原因．　关键词：平面型探测器；ＧａＮ；离子注入；电流特性；响应率　中图分类号：ＴＮ３６４＋．２　文献标识码：Ａ　

Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐｌａｎａｒ　ＧａＮ　Ｐ－ｎ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　

ＢＡＯ　Ｘｉ—Ｃｈａｎｇ　，。，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎ．Ｊｉｎｇ　＇　，ＬＩＵ　Ｓｈｉ。Ｊｉａ　，　，ＬＩ　Ｃｈａｏ　，　，ＬＩ　Ｘｉａｎｇ．Ｙａｎｇ　＇　（１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｉｏｒｉｅｓ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００８３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００８３，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ）　

锑化铟红外探测器的制备工艺与器件性能分析

摘要：红外探测技术在军事、医疗、安防、环境监测等领域具有广泛的应用。目前市场上使用的红外探测器主要包括碲镉汞、铟稼砷等材料。然而，这些材料存在着某些缺点，如高成本、毒性、热电堆效应等。因此，寻找新的红外材料和探测器结构具有重要的意义。

关键词：锑化铟；红外探测器；制备工艺；器件性能；分析

1锑化铟红外探测器的制备工艺

1.1锑化铟材料选择和准备

①材料选择：选择高纯度的锑化铟原料，确保材料的质量和纯度。一般来说，优质的锑化铟应具有高晶格完整性和低杂质含量，以获得优异的光电性能。进行材料的表征和分析，例如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）等，以确定材料的结晶质量和纯度。②锑化铟前驱体制备：先进的制备方法包括气相外延法（VPE）和分子束外延法（MBE）。这些技术可以制备出高质量的锑化铟薄膜。在VPE中，将锑化铟原料（如锑化铟和碲化铟）放置在反应室中，在适当的反应条件下进行生长。在MBE中，使用分子束源蒸发锑化铟原料，通过对衬底表面进行分子束轰击和生长控制，得到锑化铟薄膜。③锑化铟前驱体准备：锑化铟前驱体的制备可以使用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等技术。在CVD中，化学反应源物质通过气体化学反应在衬底表面生成锑化铟薄膜。常用的前驱体有有机金属化合物，如三甲基锗甲酮和叔丁基金属化合物等。在PVD中，通过蒸发和沉积的方法，从固体源材料中释放锑化铟原子或分子，并在衬底上形成薄膜。④前驱体处理和表征：经过前驱体制备后，需要对前驱体进行处理和表征，以确保其适于锑化铟红外探测器的制备工艺。可以使用表面处理方法，例如等离子体清洗、酸洗、热退火等，以去除杂质和提高薄膜质量。 1.2锑化铟薄膜的生长

①生长方法：常见的锑化铟薄膜生长方法包括分子束外延法（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和蒸发沉积等。不同的方法具有不同的特点和适用条件，可以根据实际需求选择合适的生长方法。②衬底选择：锑化铟薄膜的生长需要选择合适的衬底材料。常用的衬底材料有非晶硅、石英、镀金的硅（Au/Si）等。衬底的选择应考虑材料匹配性、热膨胀系数等因素。③生长参数控制：控制生长参数是获得高质量锑化铟薄膜的关键。包括生长温度、压力、衬底清洁和预热处理等因素。生长温度应根据材料的生长特性和结晶性进行选择，通常在300-500摄氏度之间。压力的控制也对薄膜生长的质量有重要影响，通常在10^-6

应用于深紫外波段的　

ＡＩＧａＮ光电探测器研究　

●孙晓娟　

摘要：本文报道了肖特基二极管深紫外光电探测器的制备。此器件制作在ＧａＮｇＩ＂延层上，其中外　

延层利用金属有机化学汽相沉积（ＭＯＣＶＤ）的方法生长在４　ｉｎ的Ｓｉ（１１１）片上。利用光谱响应度　

测量法确定ＧａＮ的截止波长在近紫外波段ｆ２００—４００　ｒｉｍ）；在紫外波段（５～２０　ｒｉｍ），利用位于　

Ｂｅｒｌｉｎｅｒ　Ｅｌｅｋｔｒｏｎｅｎ　ｓｐｅｉｃｈｅｒｒｉｎｇ—Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ　ｆａｒ　Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎｓｔｒａｈｌｕｎｇ　（ＢＥＳＳＹ）　的Ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈ—　Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ　Ｂｕｎｄｅｓａｎｓｔａｌｔ（ＰＴＢ）设备完成了绝对光谱响应度测量与同步加速器辐射。此工作是在　

欧洲空间局（ＥＳＡ）支持的盲区太阳探测器项目框架下完成的。　

１　引　言　

本文所述深紫外光电探测器根据即将实施的人　造太阳卫星深紫外成像仪设计而成。欧洲空间局已　

经宣布了２０１５年的人造太阳卫星（图１）任务。　

对这种成像仪的一个重要的要求是太阳盲区，表示　

为在可见光（４５０　ｎｍ）和所关心波段（１０～１００　ｎｍ）的　

光谱响应度。另一方面是抗辐射能力，它不仅意味　

着对空间环境中特有的粒子入射通量的抵抗能力，　

而且还表示由设备正常运转引起的及时光谱响应度　

的衰减要尽可能小。众所周知，象Ａ１ＧａＮ这种ＩＩＩ—　

Ｎ族化合物，在高温、高压和高功率条件下应用具　

有良好的性能，因此非常适用于苛刻的环境中。这　

些ＩＩＩ—Ｎ族材料的禁带宽度较宽，也适合应用在深　

紫外光电探测器上。对ＡＩ￣Ｇａ　－ｘＮ而言，可以通过改　图１运转轨道上的人造太阳卫星图。人造太阳卫星以极高　分辨率传递太阳表面形貌图片，跨度仅１００　ｋｍ宽。它　大约每５个月到达一次太阳最近点．否则将利用金星　的引力场校正其绕太阳运转的轨道，逐步增加其轨道　的倾斜度以拍摄太阳两极的形貌。　

ｗｗｗ．Ｄｏｍｅｃｅ．ｉｎ２ｆｏ００．ｃ８ｏｍ．ｃｎ　ＬＩ　１　１　Ｄｅｃ．２００８　Ｌ

科技成果——机载光电探测系统性能分析与综合测试验证技术

技术开发单位

北京航空航天大学

适用范围

光电探测系统

成果见解

光电探测系统是目前和未来主战飞机配备的重要机载武器装备。光电探测系统本身是十分复杂的光机电产品，研制开发周期长，研制费用高昂。通过应用光电探测系统性能分析与综合测试验证技术，将为光电探测系统设计论证提供有力支持，将能够科学地指导光电探测系统及各分系统的优化设计，并对系统性能指标进行动态评估，从而大大提高光电探测系统的设计效率和设计质量。本项目来源于与中国航空工业集团公司第613研究合作的三个子课题“光电探测系统性能分析软件”、“光电探测分系统测试系统”、“激励检测装置”，覆盖了光电探测系统全数字、半实物测试验证、性能分析，实现了设计阶段各专业设计数据的无缝共享和集成。

光电探测系统性能分析软件由目标与大气传输分系统、光学分系统、红外探测器分系统、伺服控制分系统、信号处理及评估分系统及显示分系统等联邦成员组成，采用基于HLA/RTI标准的分布仿真架构，可以分布在所科研网不同专业室的设计计算机平台上，具备独立仿真与全系统联合仿真运行功能。光电探测分系统测试系统、激励检测装置则实现基于半实物仿真的光电探测分系统集成测试验证，支持分系统原型开发与测试，减少实际试飞架次。

主要技术指标

（1）复杂天空、地面背景红外特性建模与数据库管理；

（2）复杂气象条件下大气传输特性计算；

（3）光学系统设计文件的加载及参数计算；

（4）探测器模型、信号处理算法、控制系统模型的加载与仿真计算；

（5）光电探测系统各种工作模式的闭环全数字仿真与性能指标计算；

（6）各种机载总线的通讯模拟、基于ICD接口文档的通讯协议加载；

（7）基于大容量FPGA的在线模型解算与半实物直接信号注入仿真；

（8）基于I/O电平的高速电连接关系测试与故障定位；

（9）基于ATML的测试诊断信息共享与通用测试软件平台架构。