用于微弱紫外光信号探测的高性能MgZnO日盲紫外雪崩光电二极管设计、制备与应用研究
批准号:
51302174
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
韩舜
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕有明、贾芳、邵玉坤、彭赛、张彦爽
中文摘要
日盲紫外光(220-280nm)探测技术在臭氧空洞环境监测、导弹预警、火焰探测等方面具有广阔的应用前景。日盲紫外光信号微弱,背景噪声强,因此需要探测器件的光响应度和信号噪声比很高才可以对日盲紫外光实现有效探测。雪崩光电二极管在强电场作用下具有很高内增益,光响应度非常高,并且这种器件具有很低的暗电流,因此信号\噪声比例很高。本项目通过在立方MgZnO薄膜上制备Au\MgO\MgZnO肖特基型日盲紫外雪崩光电二极管大幅度提高探测器在日盲紫外光照射下的光电流和光响应度,降低紫外探测器的暗电流,从而大幅度提高探测器在紫外光照射下的光电流与暗电流的比例,提高探测器的紫外/可见抑制比和信号/噪声比,为实现在强可见光和高噪声背景下对微弱日盲紫外光信号的有效探测开发新技术,为环境监测、导弹预警、火焰探测等领域提供可行的解决方案
英文摘要
Solar-blind UV (220-280nm) detection technology has broad application prospects in the ozone hole environmental monitoring, missile warning, flame detection ,and so on. Solar-blind UV light signal is weak under strong noise background on surface of the earth. So it need high photoresponse and signal-to-noise ratio of detector to conduct effective detection to solar-blind UV light. The avalanche photodiode has high internal gain and a very high degree of light response at high electric field, and because dark current of the device is low, signal \ noise ratio of avalanche photodiode is high. The project conducts the preparation of Au \ MgO \ MgZnO Schottky-type solar-blind ultraviolet avalanche photodiodes to greatly improve photocurrent and optical responsivity of the detector, reduce the dark current of the UV detector to dramatically improve the photocurrent\dark current ratio, and the UV / visible suppression ratio and signal / noise ratio of the detector could get great improvement. This project could develop new technologies for effective detection to faint UV signal in the context of strong visible light and high noise background, provides a viable solution for environmental monitoring, missile warning, flame detection field,and so on.
本项目主要是研究立方结构MgZnO薄膜的生长特性及MgZnO日盲紫外探测器的研制,取得的主要研究结果如下:.1. 通过对高镁含量立方MgZnO薄膜生长条件的摸索,发现立方MgZnO薄膜的生长取向和光学带隙与生长条件有很大的关系。通过较系统的实验给出了立方MgZnO薄膜随生长温度,生长气压,氧气流量等条件的变化规律,并且将这一变化归因于薄膜生长过程中Mg、Zn、O原子的迁移能和衬底表面吸附O原子情况的变化,并且找到了最适宜(200)和(111)取向立方MgZnO薄膜的生长条件。.2. 根据第一步的实验结果,分别在(200)和(111)取向MgO衬底上获得了高质量单一(200)和(111)取向MgZnO薄膜。其中(111)取向的MgZnO薄膜结晶质量较高,Zn原子固溶度较高,光学带隙较窄。.3. 当适当提高生长过程中MgZnO靶材中的Zn含量时,发现通过改变生长条件改变MgZnO薄膜生长过程中由Mg、Zn、O原子的迁移能和衬底表面吸附O原子的情况,可以调控MgZnO薄膜的生长结构和光学带隙,并寻找出生长立方结构和混合结构MgZnO薄膜的实验条件。在较低温度和氧气压强下获得了单一立方取向Mg0.38Zn0.62O薄膜,薄膜中Zn含量超出了理论上立方MgZnO体材料中Zn的最大固溶度,立方MgZnO的可探测波长范围扩展到近紫外波段(330-350nm)。.4. 结合具体的生长条件和本课题组的实验结果,给出了相对合理的MgZnO薄膜的生长模型,利用该生长模型对本课题组及相关文献报道的不同生长条件下MgZnO薄膜生长结构的变化和高Zn组分立方MgZnO薄膜的形成的原因给出了相对合理的解释,并且给出了在薄膜生长过程中调控MgZnO薄膜生长结构的方法。.5. 在石英衬底上制备了高响应度混合结构MgZnO紫外探测器,器件对260nm日盲紫外光的响应度达到8A/W,比同样衬底上制备的立方MgZnO高了3个数量级。在蓝宝石衬底上制备了高信号/噪声比混合结构MgZnO紫外探测器,器件在230nm日盲紫外光照射的光电流与暗电流的比例达到900。.6. 项目执行期间共发表学术论文19篇,其中SCI收录14篇,国内专利申请5项,授权2项。
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Influence of ZnO buffer layers on the optoelectronic properties in Ga-doped ZnO thin films prepared by RF magnetron sputtering on PET substrates
ZnO缓冲层对射频磁控溅射PET基底Ga掺杂ZnO薄膜光电性能的影响
DOI:
10.1007/s10854-014-1962-7
发表时间:
2014
期刊:
Journal of Materials Science: Materials in Electronics
影响因子:
--
作者:
[Jia F., Wang Q., Zhu D. L., Han S., Cao P. J., Liu W. J., Zeng Y. X., Lu Y. M.]
通讯作者:
Lu Y. M.
DOI:
--
发表时间:
2014
期刊:
发光学报
影响因子:
--
作者:
[曾玉祥, 贾芳, 朱德亮, 吕有明]
通讯作者:
吕有明
DOI:
--
发表时间:
2014
期刊:
发光学报
影响因子:
--
作者:
[曹培江, 彭双娇, 韩舜, 柳文军, 贾芳, 曾玉祥, 朱德亮, 吕有明]
通讯作者:
吕有明
Effect of different migration energy for reaction atoms on growth orientation and optical absorption characteristics of cubic MgZnO thin films under different pressure by PLD method
PLD法研究不同压力下反应原子不同迁移能对立方MgZnO薄膜生长取向和光吸收特性的影响
DOI:
10.1016/j.jcrysgro.2014.09.023
发表时间:
2014-12-15
期刊:
JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH
影响因子:
1.8
作者:
[Han, Shun, Shao, Yukun, Ma, Xiaocui]
通讯作者:
Ma, Xiaocui
DOI:
--
发表时间:
2014
期刊:
材料导报
影响因子:
--
作者:
[贾芳, 曾玉祥, 朱德亮, 吕有明]
通讯作者:
吕有明
共 17 条
用于超高速光通讯和无线通讯技术的高性能MgZnO 异质隧穿结构日盲紫外光探测器的设计,制备及特性研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2021
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负责人:韩舜
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依托单位:
国内基金
海外基金