APPLICATION
與單晶或多晶Ga2O3相比,非晶Ga2O3材料具有明顯的成本優(yōu)勢。本研究開發(fā)出了一種具有超高性能和柵極可調(diào)光檢測能力的非晶Ga2O3日盲場效應(yīng)光電晶體管,并對其光電性能進(jìn)行了全面調(diào)研。射頻磁控濺射用于在經(jīng)濟(jì)的Si/SiO2襯底上沉積非晶GaOx薄膜。通過施加適當(dāng)?shù)谋硸烹妷海╒G),可以很好地控制場效應(yīng)光電晶體管的光電性能和暗電流。制成的日盲型GaOx薄膜場效應(yīng)光電晶體管具有出色的深紫外光光電探測特性,包括4.1×103 AW-1的超高光敏性,2.5×1013?Jones的高探測率,以及極高的外量子效率。在70 μW cm-2的254 nm的弱光照下,外量子效率為2×106%,光電導(dǎo)增益為1.6×107。還揭示了光檢測特性取決于偏置電壓和光強(qiáng)度。另外,成功地展示了GaOx光電晶體管作為感測像素的日盲成像功能。獲得了目標(biāo)的清晰圖像,這是有關(guān)非晶GaOx?探測器日盲成像的第一次報(bào)道。這些結(jié)果,加上其易于制造和低成本,使得該日盲非晶GaOx薄膜場效應(yīng)光電晶體管有望用于下一代光電成像應(yīng)用。
由于可以廣泛用于光學(xué)成像,空間光通信,導(dǎo)彈制導(dǎo)和定位導(dǎo)航等領(lǐng)域,作為現(xiàn)代光電設(shè)備中關(guān)鍵組件的光電探測器(PD)近年來已引起越來越多的研究興趣。目前,商用光電探測器主要基于Si光電二極管,是因?yàn)樗牡统杀竞团c高度成熟的硅工藝帶來的高度兼容性。在280 nm以下的波長下工作的深紫外光電探測器(深紫外光PD)尚未十分成熟,它們是近年來在火焰探測,導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng),機(jī)密空間通信,深紫外線成像機(jī)方面具有潛在應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。能隙為4.7-4.9 eV的Ga2O3材料,由于其高輻射耐受性,高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及在深紫外區(qū)域的強(qiáng)吸收性,是未來有發(fā)展前景的深紫外光PD的候選項(xiàng)。
日盲光電探測器對波長在220-280 nm范圍內(nèi)的光敏感,在軍事和商業(yè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,例如光學(xué)追蹤、光通信和成像。得益于優(yōu)越的材料和電學(xué)特性,包括良好的熱學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的抗輻照性能以及直接對應(yīng)日盲區(qū)域的光探測波長,寬禁帶半導(dǎo)體材料具備更顯著的優(yōu)勢。在過去的幾年里,由于Ga2O3相關(guān)材料的優(yōu)異的抗輻照特性、良好的熱穩(wěn)定性以及4.7-5.3 eV直接對應(yīng)于日盲波段的超寬禁帶寬度,已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。目前,幾乎所有關(guān)于Ga2O3 PDs的研究都是基于a-或β-Ga2O3材料,然而,探測器的光電性能不盡如人意,并且增益機(jī)制尚未分析確定。因此,ε-Ga2O3的材料和光電特性有待進(jìn)一步研究。
Ga2O3有著4.7-5.2eV的寬禁帶,本質(zhì)上適合日盲光電探測器。Ga2O3有五種同構(gòu)異形體,單斜β-Ga2O3薄膜因其高溫度穩(wěn)定性已經(jīng)有了大量的研究。其他相,特別是α-、γ-、δ-和ε-Ga2O3很少被研究。最近由于ε-Ga2O3其有高度對稱的六面體結(jié)構(gòu),有可能將氮化物和ε-Ga2O3結(jié)合起來,形成致力于光電應(yīng)用的III-氧化物/III-氮化物異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu),因此而廣受科研工作者關(guān)注。
近中紅外光廣泛應(yīng)用于光纖通信、醫(yī)療、遙感探測、說環(huán)境監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域,高效、穩(wěn)定、緊湊的近中紅外光光源是這些應(yīng)用得以實(shí)施的基礎(chǔ)。
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