无铯激活负电子亲和势AlGaN日盲紫外光电子发射材料的MOCVD生长与光电特性研究
批准号:
51472230
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
宋航
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:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
蒋红、张志伟、陈一仁、陈海峰、包广宏、赵旭、李晋平
中文摘要
负电子亲和势AlGaN日盲紫外光电子发射材料是能够满足国防建设与国民经济建设应用需求,实现高增益、本征截止日盲紫外光电探测的核心基础材料。本项目针对高活性铯激活负电子亲和势光阴极易于受到污染并失效的问题,提出开展无铯激活负电子亲和势AlGaN光电子发射材料的MOCVD生长与性能研究。重点解决利用AlGaN材料自发极化诱导表面能带弯曲获得负电子亲和势中的科学问题与实现途径。并通过开展高质量氮极性AlGaN材料的MOCVD生长研究;表面能带结构与能带调控的理论与实验研究;高载流子浓度p-型掺杂与掺杂调控研究;光电子激发与光电子发射动力学过程研究;以及AlGaN材料光电性能研究等,揭示无铯激活AlGaN光电子发射材料负电子亲和势形成机制和光电子发射规律。为获得高稳定性、实用化无铯激活负电子亲和势AlGaN日盲紫外光阴极奠定理论和实验基础。
英文摘要
Negative electron affinity (NEA)AlGaN photoemissive materials are the most important fundamental materials for solar-blind ultraviolet detectors with high gain and intrinsic cutoff spectra response. These devices are widely used in military and civil field. Conventional GaN based photocathodes are cesiation to achive NEA and the photocathodes suffer from chemical instability and degradation with time. In this project, Ce-free NEA AlGaN photoemission materials will be grown by MOCVD and the optoelectronics properties will be investigated. It is proposed that by existence of spontaneous polarization in N-polar AlGaN, the conduction band will be pulled close to the Fermi level of p-AlGaN and the NEA will be formed. In detail of this project, the high quality N-polar AlGaN will be grown by MOCVD. The energy band structures of AlGaN surface will be investigated theoretically and experimentally. The method of high Mg doping p type AlGaN with high Al composition and carrier concentration distribution modification will be found. It also will be investigated that the dynamic processes of photocarrier excitation, photoemission and the optoelectronics properties of the Cs-free NEA AlGaN materials. The aims of this project are to reveal the rule of how to get NEA AlGaN without cesiation and lay the fundations for obtain the stable and long-life Cs-free NEA AlGaN photocathoed.
负电子亲和势AlGaN日盲紫外光电子发射材料是实现高增益、本征截止日盲紫外光电探测的核心基础材料,是能够满足国民经济建设和国防建设重要应用需求的关键材料。本项目围绕日盲紫外微弱信号探测与成像对高性能本征截止光电子发射材料与器件的迫切需求和铯激活实现负电子亲和势光阴极不稳定的问题,开展无铯激活负电子亲和势AlGaN光阴极材料的研究。深入研究了利用材料自发极化和掺杂调控诱导形成AlGaN负电子亲和势的机制及实现途径,高质量高Al组分AlGaN材料生长及高载流子浓度p型掺杂,探索AlGaN负电子亲和势光阴极光电子激发与光电子发射动力学过程,揭示无铯激活实现AlGaN光电子发射材料负电子亲和势形成机制和光电子发射规律,最终制备出高稳定性、实用化无铯激活负电子亲和势AlGaN日盲紫外光电子发射材料。在Nanoscale,J. Mater. Chem. C等SCI期刊发表论文9篇,影响因子大于3.0的SCI论文5篇,申请发明专利8项,授权发明专利1项,培养研究生6人。项目执行期间,项目负责人及主要成员分别访问乌克兰和俄罗斯,与该领域专家进行技术交流。项目组主要成员参加了第14、15届全国MOCVD学术会议并作口头报告及阶段性成果墙报展示。项目执行期间,项目负责人担任中国真空学会薄膜专业委员会委员。.取得的主要成果如下:.1、提出具有中温AlN薄插入层的两步生长工艺,制备出2英寸高质量,无龟裂,表面粗糙度仅为0.12nm的AlN模板,为AlGaN光电子材料的制备提供了良好的衬底。.2、通过氮化处理,预先在衬底表面构建N键,以此制备氮极性AlGaN材料,实现AlGaN材料中氮极性诱导自发极化场形成负电子亲和势。.3、采用Mg掺杂剂递减的Mg-δ掺杂技术,辅以高温热扩散退火处理来实现AlGaN材料中的p型掺杂剂梯度分布,实现梯度掺杂诱导材料表面能带向费米能级方向弯曲,进一步降低AlGaN 光电子发射材料的电子亲和势。.4、获得100V偏压下10%量子效率的无铯激活负电子亲和势AlGaN光电阴极材料。
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High performance back-illuminated MIS structure AlGaN solar-blind ultraviolet photodiodes
高性能背照式MIS结构AlGaN日盲紫外光电二极管
DOI:
10.1007/s10854-018-8934-2
发表时间:
2018-03
期刊:
Journal of Materials Science: Materials in Electronics
影响因子:
--
作者:
[Han Wuyue, Zhang Zhiwei, Li Zhiming, Chen Yiren, Song Hang, Miao Guoqing, Fan Fei, Chen Haifeng, Liu Zhen, Jiang Hong]
通讯作者:
Jiang Hong
The influence of n-AlGaN inserted layer on the performance of back-illuminated AlGaN-based p-i-n ultraviolet photodetectors
n-AlGaN插入层对背照式AlGaN基p-i-n紫外光电探测器性能的影响
DOI:
10.1002/pssa.201700358
发表时间:
2018
期刊:
Physical Status Solidi A-Applications and Materials Science
影响因子:
--
作者:
[Chen Yiren, Zhang Zhiwei, Li Zhiming, Jiang Hong, Miao Guoqing, Song Hang]
通讯作者:
Song Hang
Experimental Evaluation of the Average Energy for Impact Ionization by Holes in Al0.4Ga0.6N Alloy
Al0.4Ga0.6N合金空穴碰撞电离平均能量的实验评估
DOI:
10.1109/jphot.2017.2682104
发表时间:
2017
期刊:
IEEE Photonics Journal
影响因子:
2.4
作者:
[Chen Haifeng, Chen Yiren, Song Hang, Li Zhiming, Jiang Hong, Li Dabing, Miao Guoqing, Sun Xiaojuan, Zhang Zhiwei]
通讯作者:
Zhang Zhiwei
The optimized growth of AlN templates for back-illuminated AlGaN-based solar-blind ultraviolet photodetectors by MOCVD
MOCVD 背照式 AlGaN 日盲紫外光电探测器的 AlN 模板的优化生长
DOI:
10.1039/c8tc00755a
发表时间:
2018
期刊:
Journal of Materials Chemistry C
影响因子:
6.4
作者:
[Chen Yiren, Zhang Zhiwei, Jiang Hong, Li Zhiming, Miao Guoqing, Song Hang]
通讯作者:
Song Hang
Dependence of dark current and photoresponse on polarization charges for AlGaN-based heterojunction p-i-n photodetectors
AlGaN 基异质结 p-i-n 光电探测器的暗电流和光响应对极化电荷的依赖性
DOI:
10.1002/pssa.201600932
发表时间:
2017
期刊:
PHYSICA STATUS SOLIDI A-APPLICATIONS AND MATERIALS SCIENCE
影响因子:
2
作者:
[Chen Hai-feng, Chen Yi-Ren, Song Hang, Li Zhi-Ming, Jiang Hong, Li Da-Bing, Miao Guo-Qing, Sun Xiao-Juan, Zhang Zhi-Wei]
通讯作者:
Zhang Zhi-Wei
共 9 条
GaN/InN(QD)量子点复合结构载流子倍增太阳能电池材料与器件研究
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批准号:51072196
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项目类别:面上项目
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资助金额:39.0万元
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批准年份:2010
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负责人:宋航
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依托单位:
室温工作的高In组分短波InGaAs线列探测器材料与器件研究
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批准号:50632060
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项目类别:重点项目
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资助金额:160.0万元
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批准年份:2006
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负责人:宋航
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依托单位:
碳纳米管场发射自旋电子源研究
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批准号:60571004
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项目类别:面上项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2005
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负责人:宋航
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依托单位:
共振腔增强GaInAsSb室温红外探测器研究
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批准号:60177014
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项目类别:面上项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2001
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负责人:宋航
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依托单位:
纳米硅材料制备及发光特性研究
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批准号:59782008
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:1997
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负责人:宋航
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依托单位:
国内基金
海外基金