《基於立方氮化硼薄膜的紫外光電探測器的設計與研製》是依託浙江大學，由楊杭生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於立方氮化硼薄膜的紫外光電探測器的設計與研製
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：楊杭生
- 項目類別：面上項目
- 批准號：61176051
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
立方氮化硼(cBN)的超高硬度、優異熱傳導性和化學穩定性、6.1-6.4eV的禁頻寬度和簡單易行的p型和n型摻雜，使其作為寬禁帶半導體極具套用前景。申請者經過十多年cBN薄膜的研究，取得了如下的突破性進展：利用1500K高溫退火成功釋放了cBN薄膜的殘留壓縮應力，在石英和矽襯底上製備了厚度超過200納米、純度超過98%的穩定cBN薄膜；實現了cBN薄膜的實時硫摻雜、所製備的S-cBN/p-Si和cBN/n-Si異質結的室溫整流比達3-10萬倍。本項目將以此為基礎，深入基於cBN薄膜的太陽盲紫外光電探測器設計與製備過程中的基礎問題研究。系統考察離子注入、雙極性濺射等方法對cBN薄膜的摻雜並調整能帶結構的，探索cBN薄膜的微觀結構、薄膜與金屬電極的接觸和深紫外回響特性與器件功能的內在關聯和規律，試製MSM和PN型肖特基結構紫外光電探測器件。並初探其在極端條件的可能套用。
結題摘要
項目按計畫順利完成，主要研究集中在： cBN薄膜的殘留壓縮應力的產生原因以及與IR吸收的關係；cBN薄膜中的空位、硫摻雜、鋅摻雜等對薄膜的電學性能的影響；基於S摻雜cBN的紫外光電探測器的試製等。具體成果： 1. 在國際上首次報導，在cBN薄膜中的hBN位於780 cm-1附近的IR吸收峰，隨薄膜中殘留壓縮應力而發生紅移，這樣可以無干擾並無損測定薄膜中的殘留壓縮應力。並確定，在cBN薄膜製備過程中的成核階段並不需要特別高的壓縮應力，從而解析了cBN成核階段的壓縮應力問題。該成果對理解cBN的成核生長機理具有重要意義。 2. 發現cBN薄膜在積累殘留壓縮應力時，雖不引起聲子態密度改變，卻引起有序晶區內所有晶胞總自由度的改變。據此確定薄膜中的Ar間隙原子是應力產生的根源。間隙Ar原子的分布不均勻導致壓縮應力的分布不均勻，這是IR的吸收峰的寬化的根源。並且徹底解析cBN薄膜的IR吸收與殘留壓縮應力的關係。為成功釋放cBN薄膜的殘留壓縮應力提供了理論依據。 3. 發現在cBN中形成B空位在能量上更加有利。出現B空位時，引入受主能級；出現N空位時引入施主能級。無論引入B空位還是N空位，都引起禁頻寬度變窄，空位處電子態密度會明顯降低，但是不為零。B空位導致cBN在可見光區域出現明顯的吸收帶。隨著空位濃度的增加，cBN在可見光區域的吸收逐漸增強，而在深紫外區域的吸收逐漸減弱。這對製備cBN光電子器件的具有重要參考價值。 4. 理論上，確定S替代B位能量上更有利，並可以有效降低B空位的濃度。同時在禁帶中形成深雜質能級，呈n型。實驗上，最佳化了cBN的S摻雜，確定S進入B位，使cBN的禁頻寬度下降到4.34eV。所製備的日盲區MSM型cBN紫外光電探測器在254nm處的抑制比達到兩千倍。達到了項目預期目標。當然，B空位的存在，對日盲區的光電回響有一定干擾。同時解明了Zn摻雜cBN的機理，確定Zn替代B位的形成能較低，但可以通過製備工藝調控Zn的替代位置。Zn替代B將在價帶頂形成淺的受主能級，但是由於ZnB與鄰近N原子電負性差異較大，受主能級局域化嚴重；當Zn替代N摻雜cBN將同時引入深受主能級和淺受主能級，相比ZnB而言，ZnN將能夠提供更多的自由載流子。
