《紫外單光子探測器中的超晶格單極雪崩機理研究》是依託清華大學，由汪萊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：紫外單光子探測器中的超晶格單極雪崩機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：汪萊
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
半導體雪崩探測器，是單光子級別微弱紫外光探測的理想器件。基於SiC、 GaN等第三代寬禁帶半導體材料製作的紫外雪崩探測器相比傳統Si雪崩探測器，具有增益高、暗電流低、紫外回響高、器件穩定性高等優勢。但是目前的寬禁帶半導體雪崩探測器大都基於傳統 p-i-n 同質結結構，受限於載流子離化係數，線性模式工作時增益不夠高，無法探測單光子；而當增益提高時，器件中電子和空穴雙極雪崩嚴重，過剩噪聲很大，只能工作於蓋革模式，探測性能受限。針對此瓶頸，本項目提出基於氮化物超晶格的新型雪崩區結構，利用氮化物異質結帶階大的特點，調控電子和空穴的離化係數，同時實現電子單極雪崩和高增益，滿足線性模式紫外單光子探測的要求。擬通過四年的研究，掌握高場強下大帶階超晶格中載流子單極雪崩倍增的物理規律，研製出GaN基超晶格的雪崩探測器原型器件，增益1000000，離化係數之比小於0.05，實現線性模式下單光子探測率30%。
結題摘要
傳統的工作在蓋革模式下的雪崩探測器，需要較為複雜的淬滅電路，這限制了陣列的設計與集成，實現高增益的線性雪崩探測器可以解決這一技術瓶頸。本文建立載流子在超晶格雪崩區中的輸運模型，闡明各種散射機制所占的比重以及和材料結構、晶體質量、電場強度、環境溫度的關係。從理論上建立載流子碰撞離化過程的物理模型，並考慮聲子、晶格缺陷對碰撞過程的影響。給出最佳化結構參數的超晶格設計，獲得較高的電子離化係數和較大的電子空穴離化係數之比。掌握高質量氮化物超晶格電子型分離吸收倍增單光子探測器件的製備與測試方法，實現線性模式氮化物超晶格單光子探測器，，實現1000000的高增益。線性高增益工作電場不高於3 MV/cm，探測器暗電流密度不高於0.2 A/cm2，溫度相關係數低於0.1 V/K @ gain=1000，回響度不低於5 kA/W
