《高性能六方氮化硼日盲探測器的研究》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：高性能六方氮化硼日盲探測器的研究
- 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,結題摘要,
項目摘要
六方氮化硼（hBN）是人工合成的直接帶隙半導體材料，禁頻寬度高達5.97eV，本徵吸收限約為207.5nm，有很高的帶邊吸收係數、熱導率、電阻率和本徵擊穿電場，有極高的熱穩定性和化學穩定性，抗高能粒子輻射能力強，是製作日盲探測器的理想材料。本項目擬採用改進的溶液生長技術，在高溫常壓條件下合成高純度、大尺寸hBN單晶，用液相外延技術在石墨襯底上製備大面積、高質量hBN外延層，並分別以hBN單晶和外延層為基底，研製高性能日盲探測器。基於hBN單晶和液相生長的外延層製作日盲探測器的報導目前尚未見到。由於hBN與石墨烯晶格十分匹配，探測器擬採用石墨烯透明電極以增大光照面積。為了研製PN結型hBN日盲探測器，研究內容還包括hBN單晶和外延層的原位摻雜和PN結製備等，這些研究也未見報導。本項目的開展不僅會豐富日盲探測器體系，促進日盲探測器的發展，還將為hBN在光電功能材料領域中的廣泛套用奠定堅實基礎。
結題摘要
六方氮化硼(hBN)是人工合成的寬禁帶半導體材料，禁頻寬度高達6.0eV，且具有優異的物理和化學性質，是製作日盲探測器的理想材料。目前，hBN日盲探測器的研究還不成熟，主要障礙是難於獲得高質量大面積hBN材料。本項目利用溶液生長技術製備出高質量的hBN單晶材料，最大晶粒尺寸約為200μm，但不平整，不適於平面工藝。利用射頻磁控濺射技術，在矽、藍寶石、石英等襯底上上成功製備出晶相很純的BN薄膜，解決了薄膜化學計量比偏移導致薄膜穩定性不佳的問題。hBN薄膜的本徵吸收邊約為210nm，光學帶隙約為6.0eV，吸收邊附屬檔案的吸收係數高達500000/cm。基於該hBN薄膜研製出日盲探測器原型，探測器的截止波長為240nm，30V偏壓下測得200nm納米處的回響度為10mA/W，器件實際的最大回響度應該高於測量值，探測器的暗電流密度約為2nA/cm^2。此外，將hBN薄膜作為插入層，獲得了紫外增強型矽光電探測器，由於hBN對深紫外光的強烈吸收，使得矽光電探測器在深紫外波段的回響度顯著提升。套用雙靶共濺射和混合靶濺射法，獲得了Zn和Mg摻雜的P型hBN薄膜，空穴濃度達到10^15cm^-3。利用高溫LPCVD法在藍寶石襯底上製備出高質量hBN外延薄膜，通過在1650℃下高溫熱退火，hBN薄膜質量得到顯著提升，(002)晶面衍射峰半峰寬僅為0.3°，Raman振動峰位與單晶一致，半峰寬僅為17cm^-1。通過兩步法生長還製備出2英寸hBN外延薄膜。此外，套用反應磁控濺射方法，製備出高質量的氮化鎂薄膜。提出來一種具有掩埋式MSM插值電極的光電探測器結構，並通過研製出第一隻氮化鎂光電探測器，證明了這種結構對提升探測器性能的可行性。
