GaN基紫外探测器及其研究进展

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GaN基紫外探测器及其研究进展

０引言紫外探测技术在军事和民用等方面应用广泛。

在军事上，导弹预警、制导、紫外通讯、生化分析等方面都有紫外探测的需求。

在民用上，如明火探测、生物医药分析、臭氧监测、海上油监、太阳照度监测、公安侦察等。

总之，紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后的又一军民两用光电探测技术。

一直以来，高灵敏紫外探测多采用对紫外敏感的光电倍增管和类似的真空器件。

紫外增强型硅光电二ＧａＮ基紫外探测器及其研究进展李向阳１，许金通１，汤英文１，李雪１，张燕１，龚海梅１，赵德刚２，杨辉２（１．中国科学院上海技术物理研究所，传感技术国家重点实验室，上海２０００８３；２．中国科学院半导体研究所，北京１０００８３）摘要：宽禁带半导体材料的研究和突破，带动了各种器件的发展和应用。

ＧａＮ基紫外探测器具有通过调整材料的配比可以调节器件响应的截止波长的优点，可以制备日盲型紫外探测器。

对ＧａＮ基宽禁带紫外探测器材料体系的研究进展进行了回顾，重点介绍了ｐ型材料的制备、金属半导体接触、材料的蚀刻等。

最后，对国内外近期的紫外探测器特别是紫外焦平面器件的研究进展及初步获得的３２×３２紫外焦平面探测器进行了简单介绍。

关键词：紫外探测器；氮化镓；铝镓氮；紫外焦平面器件中图分类号：ＴＮ２３文献标识码：Ａ文章编号：１００７－２２７６（２００６）０３－０２７６－０５ＧａＮｂａｓｅｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｄｅｔｅｃｔｏｒｓａｎｄｉｔｓｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＬＩＸｉａｎｇ!ｙａｎｇ１，ＸＵＪｉｎ!ｔｏｎｇ１，ＴＡＮＧＹｉｎｇ!ｗｅｎ１，ＬＩＸｕｅ１，ＺＨＡＮＧＹａｎ１，ＧＯＮＧＨａｉ!ｍｅｉ１，ＺＨＡＯＤｅ!ｇａｎｇ２，ＹＡＮＧＨｕｉ２（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓｏｆＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｌｏｎｇｗｉｔｈｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｉｎｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙＧａＮｂａｓｅｄｗｉｄｅｇａｐｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌ，ｖａｒ－ｉｏｕｓｎｅｗｄｅｖｉｃｅｓａｐｐｅａｒｅｄ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｍ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ（ＵＶ）ｄｅｔｅｃｔｏｒｗａｓｍｏｓｔｌｙｃｏｎｃｅｒｎｅｄ，ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｓｏｌａｒ!ｂｌｉｎｄａｂｉｌｉｔｙ．ＲｅｖｉｅｗｗａｓｍａｄｅｏｎＧａＮｂａｓｅｄｗｉｄｅｇａｐｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｄｅｖｉｃｅｓ，ｅｓｐｅ－ｃｉａｌｌｙｆｏｒｐ!ｔｙｐｅｍａｔｅｒｉａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｍｅｔａｌ!ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｃｏｎｔａｃｔ，ｍａｔｅｒｉａｌｅｔｃｈｉｎｇ，ｅｔｃ．Ｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐ－ｍｅｎｔｏｆｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｄｅｔｅｃｔｏｒｓｗａｓａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅＧａＮｂａｓｅｄｆｏｃａｌｐｌａｎｅａｒｒａｙ（ＦＰＡ）ａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ３２×３２ＵＶＦＰＡｏｂｔａｉｎｅｄｒｅｃｅｎｔｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＧａＮ；ＡｌＧａＮ；ＵＶＦＰＡ收稿日期：２００５－１０－２３；修订日期：２００５－１２－２０作者简介：李向阳（１９６９－），男，山东临清人，研究员，博士，主要从事半导体光电探测器的研究工作。

GaNAlGaN基紫外探测器研究的开题报告

GaNAlGaN基紫外探测器研究的开题报告
尊敬的评委和听众：
我要报告的是一项关于GaNAlGaN基紫外探测器研究的题目。

本次
研究旨在探究GaNAlGaN材料在紫外探测方面的性能和应用，以推动该
领域的发展。

首先介绍一下研究的背景。

随着人们对紫外光谱的深入研究，紫外
探测技术逐渐成为热门领域。

目前商用的紫外探测器主要集中在SiC和GaN两类材料上。

其中GaN具有较高的电子迁移率和较高的荧光效率，
更适合用于高灵敏度和高分辨率的紫外探测器。

本次研究将采用GaNAlGaN材料来制备紫外探测器。

GaNAlGaN具有优异的光电性能和较好的热稳定性，能够在较高温度下保持其高效率的
光电性能，具有广泛的应用前景。

通过对材料和器件的分析、测试和研究，我们可以得到以下结果：
1. 紫外探测器制备工艺：通过金薄膜热蒸镀技术和电子束光刻技术
制备GaNAlGaN紫外探测器。

2. 光电性能：了解GaNAlGaN材料和器件的光电性能，包括它们的
光谱响应、量子效率、暗电流和时间响应等指标。

3. 稳定性：测试GaNAlGaN材料和器件的高温稳定性、湿度稳定性
和辐射稳定性等性能指标。

4. 应用：探究GaNAlGaN材料和器件在低辐射计量、空气污染检测、食品卫生检测、生物医学检测等领域的应用。

总体来说，本次研究致力于探究GaNAlGaN基紫外探测器的制备、
光电性能、稳定性和应用等方面，旨在为该领域的发展做出一定的贡献。

谢谢。

氮化镓基紫外探测器

2）存在的主要问题 Si衬底上外延GaN，其晶格失配为17% Si衬底和GaN之间56%的热膨胀系数差异导致较大的热失配，从而产生微裂。 Si扩散及SiNx形成问题
3）采用的研究方案
采用高温AlN缓冲层技术，抑制Si扩散，缓解晶格失配。采用插入层技术，解决由于热失配导致的GaN层微裂问题。可协变衬底技术，解决晶格失配和热失配问题。
GaN grown by the two-step method
2 m
3）自行设计组装了MOCVD设备在位监测系统，对GaN基材料的生长规律和过程有了更深刻的理解，进一步优化了N型GaN 、P型GaN和AlGaN的生长参数，材料质量得到了进一步的提高
B
40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
4000
3000
PL Intensity (a.u.)
2000
1000
0
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
Wavelength (Angstrom)
3 氮化镓基激光器
1）通过计算机模拟计算和分析确定了分别限制异质结结构的激光器结构的各层基本参数；
P-electrode
Si衬底GaN基 LED及LD等器件便于集成。低成本、高质量和大面积的Si衬底。
Si基GaN器件制作较SiC和Al2O3衬底器件简单，成本低。
Si衬底生长GaN基材料取向为： GaN(0001)[2-1-10]//Si(111)[02-2], 因此，Si衬底生长的GaN基外延片易解理，更适合大批量生产。 Si衬底优越的散热性能，在大面积集成、显示方面的应用将显示出更多的优越性

氮化镓基紫外光电探测器的研究的开题报告

氮化镓基紫外光电探测器的研究的开题报告
一、选题背景及意义
随着光通讯、摄像、安防等领域的飞速发展，高性能紫外光电探测器的需求不断增加。

氮化镓基紫外光电探测器具有高响应速度、低噪声、高灵敏度等优点，成为当
前热门的研究领域之一。

在国内外，已有许多关于氮化镓基紫外光电探测器的研究报道，但在国内相关研究还相对较少。

本研究旨在开展氮化镓基紫外光电探测器的研究，为相关领域提供新型高性能光电探测器。

二、研究内容和方法
本研究主要从以下几个方面展开：
1. 氮化镓材料制备：使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）法制备氮化镓材料，优化制备工艺，提高材料质量。

2. 光电器件结构设计：设计氮化镓基紫外光电探测器结构，包括光电极、传输层、活性层等，优化器件结构参数，提高器件性能。

3. 光电特性测试：采用光电测试系统对氮化镓基紫外光电探测器的响应度、暗电流、噪声等性能进行测试，分析其性能特点。

4. 结果分析与讨论：对测试结果进行分析，探讨影响氮化镓基紫外光电探测器性能的主要因素，给出优化建议。

三、预期成果
1. 成功制备氮化镓材料并优化制备工艺。

2. 设计出优秀的氮化镓基紫外光电探测器结构，优化器件性能。

3. 完成对氮化镓基紫外光电探测器的光电特性测试，得出性能特点。

4. 分析氮化镓基紫外光电探测器的性能特点及其对应的优化策略。

四、研究意义
1. 为氮化镓基紫外光电探测器的应用提供新型高性能器件。

2. 推动我国光电器件相关技术的发展和进步。

3. 促进国内工业界的技术进步和创新能力。

GaN基MSM结构紫外探测器及其研究发展

产经本文主要介绍了G aN基紫外探测器，尤其是G aN基金属一半导体～金属(M s M)结构紫外探测器的工作机制、结构、特点及其应用，并且对G aN基M sM结构紫外探测器的研究进展进行回顾，并对目前较为热门的紫外焦平面阵列探测器的研究进展进行简单的介绍。

G a N基M S M结构紫外探测器及其研究发展■天津工业大学信息与通信工程学院郭俊良于莉媛紫外探测器在军事和民用方面均有很高的应用价值。

军事上，紫外探测技术可用于导弹制导、导弹预警、紫外通信等领域，这些已引起军方的高度重视。

紫外探测技术在民用领域巾，可用于紫外树脂同化、燃烧工程及紫外水净化处理巾的紫外线测量、火焰探测等非常广泛的领域。

冈此，世界各国把紫外探测技术列为当今研究开发的苣点课题。

紫外波段波长范同在200～400nm。

分为i部分：U V A320—400nm、U V B290—320nm和U V C2()()一290nm。

地球表面附近最大的紫外光源是太阳。

南于臭氧等大气气体的强烈吸收作用和部分散射作用，波长在280nm以下的紫外线几乎不能到达地球表面，冈此，2()0～280nm波段的紫外光义称为太阳盲紫外或日肓紫外(SoIar B l i nd)。

众所周知。

人们需要一定量的太阳紫外线辐照。

但是U vB波段的过量照射会引起皮肤反应甚至病变。

不同波段的紫外线，对人体的危害程度不同，损害程度与波长的父系称作红斑曲线。

天气预报巾紫外指数的定义与红斑曲线和太阳光谱有着紧密的关系。

目前美围已经有用ca N基紫外探测器制备的太阳紫外指数手表。

如果紫外告警系统将响应波段置于日肓波段，由于没有自然电气技贰2008年第6期光辐照，背景噪声很小，虚警率可以大幅降低。

美国研制的紫外型导弹逼近告警系统(M A w S)就采用了工作于日盲区的光电倍增管为探测器。

有文献预测，随着同体紫外探测器的发展，这种告警系统将采用多元或面阵器件。

目前，主要投入使用的仍然是硅基紫外光电管和光电倍增管。

AlGaN基紫外探测器研究的开题报告

GaN/AlGaN基紫外探测器研究的开题报告一、研究背景随着科学技术的发展，紫外线的应用越来越广泛。

而在紫外线检测领域，半导体紫外探测器成为了关键技术，其主要用于光通信、生物医学、环保等领域。

其中，GaN/AlGaN基紫外探测器因为具有快速响应、高灵敏度、低暗电流等优点，在紫外光检测领域得到了广泛的应用。

然而，GaN/AlGaN基紫外探测器的研究仍面临一些挑战。

例如：制备工艺的优化、量子效率的提高、暗电流的降低等问题。

因此，对GaN/AlGaN基紫外探测器进行深入地研究具有重要的意义。

本课题的研究目的是通过理论分析和实验探究，提高GaN/AlGaN基紫外探测器的性能，推动其在实际应用中的发展。

二、研究内容和方法1.研究内容本课题的研究内容主要包括以下几个方面：(1)GaN/AlGaN基紫外探测器的制备工艺优化；(2)GaN/AlGaN基紫外探测器的光电特性测试；(3)GaN/AlGaN基紫外探测器的暗电流的降低；(4)GaN/AlGaN基紫外探测器的量子效率的提高。

2.研究方法(1)GaN/AlGaN基紫外探测器的制备工艺优化：优化制备工艺，选择最优的制备参数，以提高GaN/AlGaN基紫外探测器的光电特性。

(2)GaN/AlGaN基紫外探测器的光电特性测试：使用紫外光光源，测试GaN/AlGaN基紫外探测器的响应谱、暗电流、量子效率等光电特性。

(3)GaN/AlGaN基紫外探测器的暗电流的降低：通过优化制备工艺和选择合适的结构设计，使GaN/AlGaN基紫外探测器的暗电流降低到最小。

(4)GaN/AlGaN基紫外探测器的量子效率的提高：尝试利用多量子阱等结构，提高GaN/AlGaN基紫外探测器的量子效率。

三、预期成果通过对GaN/AlGaN基紫外探测器制备工艺和性能的深入研究，本课题预期可以达到以下成果：(1)GaN/AlGaN基紫外探测器的制备工艺得到优化，其光电特性得到明显提高；(2)GaN/AlGaN基紫外探测器的响应谱、暗电流、量子效率等性能得到详细测试和分析；(3)GaN/AlGaN基紫外探测器的暗电流得到有效降低，其性能得到进一步提升；(4)GaN/AlGaN基紫外探测器的量子效率得到提高，其性能得到进一步提升。

航天用GaN基640×8元紫外焦平面探测器读出电路研究与设计

航天用GaN基640×8元紫外焦平面探测器读出电路研究与设计紫外探测技术在军用、民用两方面都有极为广阔的应用前景。

近年来,随着半导体技术的飞速发展,第三代半导体技术日臻成熟,GaN基紫外探测器也得到了越来越多的关注。

GaN是直接禁带半导体,禁带宽度大、热导率高、化学稳定性好、抗辐照能力强。

通过调整GaN基三元合金化合物的掺杂元素和组分,其禁带宽度连续可调。

GaN材料因此也成为了制备紫外探测器的理想材料,GaN基紫外探测器也成为了今年来研究的热点方向。

GaN基紫外探测器具有量子效率高、成本低、体积小、抗震性好、抗辐照能力强等诸多优点。

特别是它极低的带外响应性能,使其在系统应用时无需附加滤光片,这也使得GaN基紫外探测器在综合性能指标上得以超越传统的光电倍增管、微通道板及紫外增强型CMOS传感器等紫外探测器件。

紫外焦平面探测器分为探测器阵列和读出电路两部分。

读出电路主要作用是将紫外探测器产生的光电流进行前置放大,并通过多路传输传递至片外。

同时,读出电路还需要能够为探测器提供稳定的偏压,并能够在片上进行噪声消除。

因此,读出电路的性能将直接影响到紫外焦平面探测器的性能。

在紫外探测系统中,读出电路具有极其重要的意义。

近年来,紫外探测器读出电路的相关研究成果颇为丰富,但绝大多数成果集中在新的读出方式与读出结构上。

在如何设计高性能读出电路及读出电路与探测器耦合后的性能分析方面,则少有研究。

从探测器工作原理入手,基于紫外探测器的自身性能特点,研究了紫外探测器读出电路的设计方法,设计完成了640×8元紫外探测器读出电路。

对采用该读出电路制备的紫外焦平面探测器进行了全面的测试,并对关键性能指标进行了分析讨论。

同时,为了使该电路能够满足航天应用的需求,还对读出电路的抗辐照性能进行了研究。

首先阐述了GaN基紫外焦平面探测器的工作原理和制备方法。

通过理论分析和测试结果,确定了紫外探测器的电学模型和相关的模型参数。

两种结构GaN基太阳盲紫外探测器

摘要：分别在金属有机化学汽相沉积（ＯＶ）ＭＣＤ生长的ｉｌ３ａ６／１／－ａ－０３０７ＡＮｎＧＮ和ｐＡ０５Ａ＋Ｇ－Ｎ－ｌ４．ＧａＮ／ｉ—Ａ１４Ｇ０５／十Ａ。５ａ３５０５ａ５ｎ一１６０Ｎ的异质结构上，ＮＧ５成功研制了太阳盲区的肖特基型和ＰＮ型紫外探测器。研究结果表明，ｕ与ｉＡ。ａＮ形成了较好的肖特基结，ＩＡ — １，叭Ｇ响应波长从２０— ９ｎ峰值（８ｎ响应率约为００ＡＷ；Ｉ５２０ｍ，２６ｍ）．８／ＰＮ型紫外探测器的响应波长从２０～３２５ｍ，７ｎ峰值（４ｎ响应率约为００ＡＷ。２６ｍ）．２／关键词：太阳盲区；肖特基；Ｉ紫外探测器ＰＮ；中图分类号：Ｎ３Ｔ２文献标识码：Ａ
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第３６卷第１期１
２００６年１月１
激光与红外
ＩＥ＆ＩＲＡＳＲＮＦＡＲＥＤ
Ｖ０．６．．１１３Ｎｏ１Ｎｏｅｅ，０６ｖｍｂｒ２０
文章编号：０Ｉ０８２０）１１４－３１．７（ｏ６１－０００Ｏ５
两种结构ＧＮ基太阳盲紫外探测器ａ
李雪陈俊何政赵德刚，，，，龚海梅方家熊，
（．１传感技术国家重点实验室。中国科学院上海技术物理研究所，上海２０８；００３２中国科学院半导体研究所，京１０８）．北００３
＋
Ｓｌｒ．ｌｄＧａｂｓｄＵＶｔｃｏｓｗｉｈＴｗｏＳｒｔｒｓｏａ．ｉＮ．ａｅｂｎＤｅｅｔｒｔｔｕｃｕｅ

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第３５卷第３期
Ｖ０．５Ｎｏ３１．３
红外与激光工程
ＩｆａｅｎａｅｎｉｅｒｇｎｒｒｄａｄＬｓｒＥｇｎｅｉｎ
２００ｏ
ＧＮ基紫外探测器及其研究进展ａ
Ｓａｇａ２０８，ｈａ２ＩｔｕｆＳｍｃｎｕｔ，ｈｎｓＡａｅｙｏｃｎｅ，蜘ｉ００３Ｃｉ）ｈｎｈｉ００３Ｃｉ；．ｓｔｅｏｅｉｄｃｒＣｉｅｃｄｍｆｉｃｓＢｎ１０８，ｈｎｎｎｉｔｏｏｅＳｅｇａ
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李向阳许金通，，汤英文，雪张燕，海梅１赵德刚杨辉李，龚，，
（＿１中国科学院上海技术物理研究所，感技术国家重点实验室，海２０８；传上００３
２中国科学院半导体研究所，京１０８）．北００３摘要：宽禁带半导体材料的研究和突破，带动了各种器件的发展和应用。ＧＮ基紫外探测器具有ａ通过调整材料的配比可以调节器件响应的截止波长的优点，以制备日盲型紫外探测器。对（基可
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关键词：紫外探测器；氮化镓；铝镓氮；紫外焦平面器件
中图分类号：Ｎ３Ｔ２文献标识码：Ａ文章编号：０７２７（０６０－２６０１０ — ２６２０）３０７－５
ＧａｂｓｄｕｌｒｖｏｅｔｃｏｓａｔｅｅｔｄｖｌｐｅｔＮａｅｔａｉｌｔｄｅｅｔｒｎｄｉｓｒｃｎｅｅｏｍｎ
ＡｂｔａｔＡｌｎｔｒａｔｒｕｈｉｉｈｑａｉＮａｄｗｉｅｇｐｓｍｉｏｄｃｏｔｒｌｖｌｓｒｃ：ｏｇｗｉｂｅｋｈｏｇｎｈｇｕｌｙＧａｂｓｄａｅｃｎｕｔｒｍａｅａ，ａ－ｈｔｅｉ＂
ｓｌｒｂｉｄａｉｔ．ＲｅｉｗｌｄｎＧａｂｓｉｅｇｅｃｎｕｔｒｍｔｒｌａｄｄｖｃｓｓｅｏａ－ｌｂｌｎｉｙｖｅＷｉｍａｅｏＮａｅｗｄａｓｍｏｄｃｏｅａｎｅｅ，ｐ — ｔｓｄｐｉａｉｉｅ
宽禁带紫外探测器材料体系的研究进展进行了回顾，点介绍了ｐ型材料的制备、属半导体接触、重金
材料的蚀刻等。最后，对国内外近期的紫外探测器特别是紫外焦平面器件的研究进展及初步获得的
３ｘ２紫外焦平面探测器进行了简单介绍。２３
０引言
紫外探测技术在军事和民用等方面应用广泛。在军事上，弹预警、导制导、外通讯、化分析等方面紫生都有紫外探测的需求。民用上。明火探测、物医在如生
ｃａｌｏｔｐｔｒａｎｆｃｕｒｍｅａ —ｅｃｎｕｔｒｃｎａｔｉｌｆｒＰ－ｅｍｅｉｍａｕａｔｅ，ｔｌｓｍｏｄｃｏｏｔｃ，ｍａｒａｅｃｉｇ，ｔ．ｃｎｅｅｏｙｙａｌｉｅｔｉｌｔｈｎｅＲｅｅｔｄｖｌｐ－ｃ
ＬａｇｙｎＸＵｉ－ｎＴＩＸｉｎ－ａｇ，Ｊｌｔｇ，ＡＮＧｎ－ｎ，ＩＸｕＺ－ｌｏＹｉｇｗｅＬｅ，ＩＡＮＧｈ，ＩＹａ
ＧＯＮＧａ－ｅＺＨＡＯＨｌｍｉ，Ｄｅ－ａ￣ＹＡｇｎｇ，ＮＧｕＨｉ