宽禁带紫外光电探测器

禁带半导体紫外探测器紫外探测技术在国防预警与跟踪、电力工业、环境监测及生命科学领域具有重要的应用，其核心器件是高性能的紫外光电探测器。

基于半导体材料的固态紫外探测器件具有体重小、功耗低、量子效率高、和便于集成等系列优势。

以碳化硅（SiC）和III族氮化物为代表的宽禁带半导体是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料，具有禁带宽度大、导热性能好、电子饱和漂移速度高以及化学稳定性优等特点，用于制备紫外波段的光探测器件具有显著的材料性能优势。

我们实验室在宽禁带半导体紫外探测器领域具有较强的实力。

率先在国内实现4H-SiC基紫外雪崩单光子探测器；分别研制成功高增益同质外延GaN基紫外雪崩光电探测器、国际上领先的高增益AlGaN基日盲雪崩光电探测器、具有极低暗电流的AlGaN基MSM日盲深紫外探测器、高量子效率AlGaN基PIN日盲深紫外探测器、以及现有芯片面积最大的AlGaN基日盲深紫外探测器，相关结果多次获得国际主流媒体的跟踪报导。

目前，我们的工作重点是研制高灵敏度宽禁带半导体紫外探测器，包括：紫外单光子探测器件结构设计和物理分析，紫外单光子探测线阵和日盲紫外探测阵列制备。

宽禁带半导体功率电子器件针对未来高效电力管理系统、电动汽车和广泛军事应用大容量化、高密度化和高频率化的要求，将宽禁带半导体材料应用于高档次功率电子器件可以有效解决当今功率电子器件发展所面临的“硅极限”（silicon limit）问题，将大幅度降低电能转换过程中的无益损耗，在各领域创造可观的节能空间。

宽禁带Ⅲ族氮化物半导体具有强击穿电场、高饱和漂移速度、高热导率和良好化学稳定性等系列材料性能优势，是制备新一代功率电子器件的理想材料。

这一研究方向近年来成为国际上继GaN基发光二极管和微波功率器件之后的新兴研究热点。

我们小组在这一研究领域具有较好的基础，已经研制成功AlGaN/GaN平面功率二极管，其击穿电压大于1100V，功率优值系数高达280MW/cm2。

宽禁带半导体及器件的应用宽禁带半导体材料是指带隙较大的半导体材料，带隙一般大于1.12电子伏特。

常见的宽禁带半导体材料有钻石、碳化硅、氮化硼等。

宽禁带半导体及器件在许多领域有着广泛的应用。

下面我将介绍一些典型的应用。

首先，在光电子学领域，宽禁带半导体材料有着重要的应用。

以钻石为例，钻石可以制作出高效的光电探测器。

钻石的导电性能较好，具有较高的载流子迁移率和较低的暗电流，因此可用于制作高性能的光电探测器。

此外，钻石的能带较宽，可以实现可见光和紫外光的探测，因此在太阳能电池、激光器、光通信等领域也有广泛的应用。

其次，在功率电子领域，宽禁带半导体材料也有着重要的应用。

碳化硅和氮化硼是功率电子领域中常用的宽禁带半导体材料。

碳化硅具有高耐受电压和高工作温度的特点，可用于制作高性能的功率器件，如功率二极管、功率MOSFET、功率晶体管等。

氮化硼是一种具有较高导热性和高耐受电压的材料，可用于制作高功率功率器件，如功率MOSFET和高功率LED。

此外，在传感器领域，宽禁带半导体材料也有着广泛的应用。

以碳化硅为例，碳化硅具有较高的热导率、较高的硬度和较低的热膨胀系数，在高温环境下有较好的稳定性。

因此，碳化硅可用于制作高温传感器，如温度传感器、压力传感器、气体传感器等。

此外，碳化硅还具有较高的机械强度和较低的摩擦系数，可用于制作压力传感器、加速度传感器和陀螺仪等惯性传感器。

宽禁带半导体及器件还可以在高压电器领域发挥重要作用。

宽禁带半导体材料具有高耐受电压的特点，可用于制作高压开关、电力变压器以及高压电容器等器件。

例如，碳化硅开关可以在较高的工作温度和较高的电压下稳定工作，因此可用于制作高压开关，可应用于电力系统和交通运输领域。

此外，宽禁带半导体材料还可以在高频电子器件中发挥作用。

以氮化硼为例，氮化硼具有较高的载流子迁移率和较高的饱和漂移速度，适用于制作高频器件，如高频功率放大器、高频开关等。

此外，氮化硼具有优异的热导率和较高的物质弥散速度，使其在高功率、高频率的应用中有着广泛的应用。

宽禁带半导体光电材料的研究及其应用宽禁带半导体材料(Eg大于或等于3.2ev)被称为第三代半导体材料。

主要包括金刚石、SiC、GaN等。

和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有禁带宽度大,电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好,具有更高的击穿电场、更高的抗辐射能力的特点,其本身具有的优越性质及其在微波功率器件领域应用中潜在的巨大前景,非常适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。

以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物作为第三代半导体材料,是一种良好的直接宽隙半导体光电材料,其室温禁带宽度为3.4eV,它可以实现从红外到紫外全可见光范围的光辐射。

近年来已相继制造出了蓝、绿色发光二极管和蓝色激光器等光电子器,这为实现红、黄、蓝三原色全光固体显示,制备大功率、耐高温、抗腐蚀器件,外空间紫外探测,雷达,光盘存储精细化、高密度,微波器件高速化等奠定了基础。

氮化镓和砷化镓同属III-V族半导体化合物,但氮化镓是III-V族半导体化合物中少有的宽禁带材料。

利用宽禁带这一特点制备的氮化镓激光器可以发出蓝色激光,其波长比砷化镓激光器发出的近红外波长的一半还要短,这样就可以大大降低激光束聚焦斑点的面积,从而提高光纪录的密度。

与目前常用的砷化镓激光器相比,它不仅可以将光盘纪录的信息量提高四倍以上,而且可以大大提高光信息的存取速度。

这一优点不仅在光纪录方面具有明显的实用价值,同时在光电子领域的其他方面也可以得到广泛应用。

虽然人们早就认识到氮化镓的这一优点,但由于氮化镓单晶材料制备上的困难以及难于生长出氮化镓PN结,氮化镓发光器件的研究很长时间一直没有获得突破。

经过近20年的努力,1985年通过先进的分子束外延方法大大改善了氮化镓材料的性能;1989年,Akasaki等人利用电子辐照方法实现了氮化镓P型材料的生长并制备出PN结;1995年Nakamura等人制备出发蓝紫光的氮化镓发光二极管,效率达到5%,赶上了传统的磷砷化镓发光二极管的效率,寿命超过一万小时。

ZnMgO紫外探测器研究现状1 引言ZnO是一种直接宽带隙的半导体材料（禁带宽度为3.37 eV），在室温下有很高的激子束缚能（60 meV），外延生长温度低，抗辐射能力强。

通过Mg的掺入可实现禁带宽度从3.3 eV 到7.8 eV可调的ZnMgO合金，ZnMgO作为优良的紫外光电材料在光电系统中有着广泛的应用，像LED、光探测器和太阳能电池等，特别是紫外光探测器方面的应用。

紫外探测器广泛用于矿井可燃气体和汽车尾气的监测、固体燃料成分分析、环境污染监测、细胞癌变分析、DNA 测试、准分子激光器检测等领域。

在军事上可用于导弹跟踪、火箭发射、飞行器制导以及生化武器的探测。

在现实生活中，用于火灾监测、紫外通信以及紫外线辐射的测量。

随着紫外线的广泛应用，紫外探测器在环保、医学、军事等领域将得到更广泛的应用。

作为一种宽禁带半导体材料，ZnMgO近年来受到了研究人员的广泛关注。

2 ZnMgO紫外光探测器的研究进展ZnMgO薄膜材料生长和紫外探测器的研究主要有美国、日本，印度、南韩等国家，薄膜生长方法以脉冲激光沉积（PLD），分子束外延（MBE），金属有机化学气相沉积（MOCVD），和磁控溅射等为主。

自1998年日本东京技术研究所用PLD方法在蓝宝石（0001）衬底上生长出了Mg组分达0.33的ZnMgO单晶薄膜之后，高Mg组分的ZnMgO薄膜材料生长和紫外探测器研究引起了人们的极大兴趣。

美国北卡罗那州大学，马里兰大学都相继报道了ZnMgO薄膜的生长及光学特性研究；南韩Pohang科技大学采用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长了Mg组分（0-0.49）连续可调的ZnMgO薄膜，并有X-射线衍射（XRD）谱表明未发生结构分相。

这些结果已远远超过平衡态下Mg在ZnO中的固溶度值≤4％。

以上ZnMgO薄膜大都是在单晶衬底和较高的衬底温度（350－750℃）上生长，而日本Ritsumeikan大学和印度德里大学均采用磁控溅射方法，在不加热的硅和石英衬底上生长出了Mg组分0.42和0.46的ZnMgO薄膜，结果表明薄膜仍未发生结构分相。

ZnO薄膜的制备技术与应用领域摘要：zno是一种新型的ⅱ-ⅵ族宽禁带（3.37ev）化合物半导体材料，具有较高的激子束缚能（室温下为60mev）和光增益系数320cm-1，是一种理想的短波长光电器件材料，在蓝紫光发光二极管（leds）和激光器（lds）等领域有巨大的应用潜力。

该文就zno 薄膜的制备方法和应用做一简要综述。

关键词：zno薄膜；应用；功能器件中图分类号：tp3 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）05-1209-03zno薄膜是具有纤锌矿结构的直接宽带隙化合物半导体材料，因其具有高的激子束缚能，较高的熔点以及化学稳定性而成为重要的光电材料。

鉴于zno原料廉价丰富，无毒且制备温度低等优点，使其在透明导电窗口材料、紫外探测器、leds和lds发光器件、太阳能电池和紫外屏蔽罩等方面都有着重要的应用。

该文就zno薄膜的制备技术及应用领域做一简要介绍。

1 zno薄膜的制备技术1.1 化学气相沉积（cvd）化学气相沉积法[1]用气相化合物分子携带所需原子通过化学反应在基片上沉积下来得到薄膜。

常见的有化学气相沉积（cvd）和金属有机物化学气相沉积（mocvd）。

化学气相沉积zno薄膜用zno，zn或含锌化合物为锌源，先在高温区使其气化，再由气体输运到沉积区在基片上沉积成膜。

金属有机物化学气相沉积是以含锌有机物作为先驱体，在一定温度压力条件下气化、分解、沉积成zno薄膜的方法。

化学气相沉积法中易于实现薄膜的掺杂，可以制备高质量的外延薄膜，但由于常伴随有化学反应发生，需要较高的基片温度，这对于电子器件的制备很不利。

1.2 溶胶凝胶（sol-gel）溶胶凝胶法一般以醋酸锌为原料，在较低的温度下使锌的化合物经液相沉积制得，制成涂层经退火便得到多晶结构。

溶胶凝胶法制成的薄膜均匀性好，对衬底附着力强且易于掺杂，无需真空设备，成本低，并能精确控制掺杂水平，适于批量生产。

但溶胶凝胶法的不足之处是生长的zno薄膜结晶质量不太好，更为重要的是该技术不能与ic平面工艺相容，因此制约了sol-gel的发展。

氧化镓日盲紫外-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分内容：氧化镓（Ga2O3）是一种具有宽禁带宽度的半导体材料，具有良好的光电性能和热稳定性，在近年来备受关注。

其特别之处在于其带隙较宽，可以实现紫外光的高效吸收和发射，因此在紫外光电子器件领域具有巨大的应用潜力。

本文旨在系统地介绍氧化镓在紫外光电子器件领域的研究进展和应用。

首先，本文将对氧化镓的基本性质进行介绍，包括晶体结构、能带结构以及其在紫外光下的吸收和发射特性。

接着，将详细探讨氧化镓材料在紫外光电探测器、紫外光发光二极管和紫外激光器方面的应用。

同时，本文还将对氧化镓材料的制备方法和表征技术进行介绍，以及目前面临的挑战和未来的发展方向。

通过对已有研究成果的总结和分析，我们可以清晰地认识到氧化镓材料在紫外光电子器件领域的巨大潜力。

其高效的紫外光吸收和发射特性，使得氧化镓在紫外光电子器件中展现出了优异的性能表现。

然而，仍然存在一些技术难题需要解决，例如如何提高氧化镓材料的纯度和晶体质量，以及如何进一步优化器件结构和性能等。

综上所述，通过对氧化镓在紫外光电子器件领域的研究进展和应用进行全面的介绍和探讨，本文有助于提高人们对氧化镓材料的认识和理解，同时为进一步的研究和应用提供了参考和借鉴。

希望本文能够对紫外光电子器件领域的学者和工程师有所启发，并推动相关研究的发展和进步。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：文章结构本文共包括引言、正文和结论三个部分。

每个部分分别包含若干小节，用于展开讨论文中的相关内容。

引言部分主要介绍了本文的研究背景和意义，并明确了文章的目的。

首先，概述介绍了氧化镓日盲紫外的研究领域，说明了该领域的重要性和研究现状。

然后，文章结构部分对整篇文章进行了简要的概述，包括各个部分的内容和组织顺序。

最后，明确了本文的研究目的，即从多个角度探讨氧化镓日盲紫外的相关问题。

正文部分是整篇文章的核心部分，包括了第一要点、第二要点和第三要点三个小节。

第 44 卷第 10 期2023年 10 月Vol.44 No.10Oct., 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE高增益ZnO肖特基紫外光电探测器光响应特性段雨晗1，2*，蒋大勇1，2，赵曼1，2（1. 长春理工大学材料科学与工程学院，吉林长春　130022；　2. 光电功能材料教育部工程研究中心，吉林长春　130022）摘要：ZnO宽禁带半导体紫外光电探测器具有稳定性高、成本低等诸多优势，在国防、医疗、环境监测等领域具有重要的应用前景。

本文采用射频磁控技术在SiO2衬底上制备了ZnO薄膜，在此基础上获得了具有高增益的金属⁃半导体⁃金属（MSM）结构的ZnO紫外光电探测器。

10 V偏压下，探测器的响应度和外量子效率分别为4.90 A/W和1668%。

这是由于光照情况下，半导体与金属界面处的空穴俘获产生高增益所导致的。

此外，进一步研究了增益效应、外加偏压和耗尽层宽度对ZnO紫外光电探测器响应度的调控规律与影响机制，为高性能紫外光电探测器的研制与性能调控提供了重要的参考依据。

关键词：ZnO；紫外光电探测器；响应度；增益效应；耗尽层中图分类号：O472 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20230169Responsivity Characteristics of ZnO SchottkyUltraviolet Photodetectors with High GainDUAN Yuhan1，2*， JIANG Dayong1，2， ZHAO Man1，2（1. School of Materials Science and Engineering， Changchun University of Science and Technology， Changchun 130022， China；2. Engineering Research Center of Optoelectronic Functional Materials， Ministry of Education， Changchun 130022， China）* Corresponding Author， E-mail： duanyuhan@Abstract：The wide bandgap semiconductor ZnO ultraviolet （UV）photodetector has many advantages，such as high stability，low cost，and has important application prospects in fields such as national defense，medical care，and environmental monitoring. In this work， ZnO thin films were fabricated on SiO2 substrate using radio frequency magnetron sputtering.Subsequently，a ZnO UV photodetector with a high-gain metal-semiconductor-metal （MSM）structure was achieved. At a bias voltage of 10 V， the detector exhibited a responsivity of 4.90 A/W and an external quantum efficiency of 1668%. This high gain was attributed to the hole trapping at the semiconductor-metal interface under illumination.Furthermore，the modulation rules and influence mechanisms of gain effect，applied bias volt⁃age，and depletion layer width on the responsivity of ZnO UV photodetector were thoroughly investigated.This re⁃search provides an important reference for the development and performance control of high-performance UV photode⁃tectors.Key words：ZnO； ultraviolet photodetector； responsivity； gain effect； depletion layer1　引 言紫外探测技术在导弹制导、紫外预警、保密通讯、电网安全监测、人类医疗健康以及全球环境监测等领域具有重要的应用前景[1-6]。

氧化镓材料特性及光电探测器研究氧化镓材料特性及光电探测器研究引言：在当今科技快速发展的时代，光电材料和光电器件成为了研究的热点。

光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于通信、能源、医疗等领域。

而氧化镓材料作为一种重要的光电材料，具有优异的特性，因此成为了研究的焦点之一。

本文将探讨氧化镓材料的特性及其在光电探测器研究中的应用。

一、氧化镓材料的特性1.1 氧化镓的结构氧化镓（Ga2O3）是一种宽禁带半导体材料，具有六面体晶体结构。

它的结构稳定，晶体中的镓离子处于八面体的配位环境中，利于电子的传导和控制。

1.2 氧化镓的能带结构氧化镓的能带结构是其特性的重要指标之一。

氧化镓具有宽大的能带隙（约4.9-4.3 eV），这意味着氧化镓材料具有较高的能带边沿和导带边沿能级，因此具有较高的耐热性和耐辐照性，适合在高温和辐射环境中使用。

1.3 氧化镓的光学特性氧化镓材料对可见光和紫外光具有较高的透过率和折射率。

其低能隙结构使其具有良好的紫外光吸收能力，适合于紫外光探测器的研究和应用。

二、氧化镓材料在光电探测器研究中的应用2.1 紫外光探测器由于氧化镓材料对紫外光有良好的吸收能力，因此在紫外光探测器的研究中得到广泛应用。

通过氧化镓材料制备的紫外光探测器灵敏度高、响应速度快，并具有较低的噪声水平，能够实现高精度的光信号检测。

2.2 光电二极管氧化镓材料可用于制备光电二极管，通过调控材料的掺杂和结构，可以实现对不同波长光的响应。

深紫外光电二极管由氧化镓材料制备，具有较低的暗电流和较高的光电响应，适合于生物医学成像、环境检测等领域的应用。

2.3 太阳能电池利用氧化镓材料的优异性能，可以制备高效的太阳能电池。

氧化镓材料作为主要的光吸收层，能够有效吸收可见光和部分红外光，将其转化为电能。

通过优化材料的结构和器件设计，可以提高太阳能电池的光电转换效率。

结论：氧化镓材料作为重要的光电材料，在光电探测器研究中表现出了良好的应用前景。