立方氮化硼單晶真空紫外光電探測器的研究

《立方氮化硼單晶真空紫外光電探測器的研究》是依託吉林大學，由陳占國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：立方氮化硼單晶真空紫外光電探測器的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳占國
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

真空紫外光電探測器在國防、天文學、航空航天、宇宙空間探測等諸多領域具有重要的套用價值和套用前景。但由於受到禁頻寬度等限制，能夠在真空紫外波段有效工作的半導體材料比較缺乏。立方氮化硼是一種人工合成的寬禁帶半導體材料，其禁頻寬度高達6.4eV，本徵吸收限約為193nm，具有很高的熱導率和電阻率，抗氧化和抗高能粒子輻射能力很強，擁有極高的熱穩定性和化學穩定性，因而是製作真空紫外光電探測器的理想材料。本項目就是要以高溫高壓法合成的片狀立方氮化硼單晶為基底，研製出回響度大於50mA/W、高性能的MSM型真空紫外光電探測器。與薄膜材料相比，立方氮化硼單晶材料的晶相更純，缺陷更少，無晶界影響，因而有望研製出靈敏度更高的真空紫外光電探測器。用立方氮化硼單晶材料製作真空紫外光電探測器的報導目前還未見到。立方氮化硼真空紫外光電探測器有望作為一個像素單元，構成大面積紫外光電探測器列陣，從而得到更為廣泛的套用。

結題摘要

立方氮化硼（cBN）是一種人工合成的寬禁帶半導體材料，其禁頻寬度高達6.4eV，是禁頻寬度最大的III-V族化合物，具有很高的熱導率和電阻率，抗氧化和抗高能粒子輻射能力很強，擁有極高的熱穩定性和化學穩定性，因而是製作真空紫外光電探測器的理想材料。本項目就是要以高溫高壓法合成的片狀cBN單晶為基底，研製出MSM 型真空紫外光電探測器。目前合成的cBN晶體尺寸較小(橫向尺寸約0.5mm)，雜質和缺陷較多，為製作高性能真空紫外光電探測器帶來了困難。用立方氮化硼單晶材料製作真空紫外光電探測器的報導目前還未見到。 我們嚴格執行了項目預期的研究計畫，深入開展了各項研究工作，取得了較好的研究成果。我們通過金相顯微鏡觀察，發現了一種區分具有顏色分區的片狀cBN晶體B、N面的方法，研究了表面極性對cBN晶體的化學腐蝕、XPS、Raman光譜、表面電導等影響。研究了cBN的金半接觸特性，發現Au、Ag與cBN能形成歐姆接觸，而Al、Cr、Ti、In、W等與cBN為肖特基接觸。採用XPS分析得知非故意摻雜的cBN單晶中存在較多的受主雜質C和施主型缺陷N空位，測試了雜質和缺陷的電離能。採用ATLAS軟體，對cBN真空紫外光電探測器進行了設計和模擬，模擬了電極結構和雜質濃度等對器件性能的影響，在此基礎上研製出MSM結構cBN真空紫外光電探測器的原型器件，回響截止波長小於248nm。由於存在雜質和缺陷，暗電流達到幾十~幾百納安。以30W氘燈為光源，在大氣環境下光電流與暗電流比值大於50倍。為了消除雜質與缺陷的影響，研究了cBN薄膜的製備，希望在cBN單晶上外延一層高質量的cBN薄膜。開展了cBN摻雜研究，希望降低歐姆接觸電阻，並實現PN結型或PIN型cBN紫外光電探測器。此外，還測量了cBN晶體的二階非線性極化率，開展了雙光子回響等方面的研究工作。 結合上述研究工作，我們發表了12篇被SCI或EI檢索的學術論文，發表國際會議論文2篇，國內會議論文11篇。有3名博士生畢業並取得博士學位，3名碩士生畢業並取得碩士學位。