基于大面积自组装hBN薄膜的超低暗电流真空紫外光探测器

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近日,“2023功率与光电半导体器件设计及集成应用论坛”于西安召开。论坛由第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA)指导,西安交通大学、极智半导体产业网(www.casmita.com)、第三代半导体产业主办,西安电子科技大学、中国科学院半导体研究所、第三代半导体产业技术创新战略联盟人才发展委员会、全国半导体应用产教融合(东莞)职业教育集团联合组织、西安和其光电股份有限公司等单位协办。

紫外光探测器(PDs)在军事预警系统、火焰监测、光通讯等领域具有重要应用。hBN做紫外光探测器具有诸多优势,物理化学性能稳定好,抗辐射能力强,能够适应各种恶劣的环境;热稳定强、热导率高、热膨胀系数低能够避免器件因热导致性能下降;禁带宽度在5.7 eV以上,带边吸收系数高(7.5×105 cm-1);介电常数低,使器件具有更低的噪声和快的响应速度;击穿场强高,使器件能在高压下工作,保证载流子高的漂移速度,有益于响应度和速度的提升等。目前制备hBN薄膜均需要高真空、高温、特殊气体且对衬底要求高,一定程度上限制了hBN-PDs的制备。

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期间,“平行论坛2:光电子器件及应用”上,西安交通大学张启凡带来了“基于大面积自组装hBN薄膜的超低暗电流真空紫外光探测器”的主题报告,分享了最新研究进展。

六方氮化硼(hBN)是制备真空紫外探测器(VUV PDs)最有前途的候选材料之一。然而,大面积hBN的高效、低成本制备仍然面临许多挑战。

研究提出了一种经济有效的方法,即快速、高效率地利用hBN纳米片(BNNSs)薄膜制备高性能VUV PDs。根据hBN特有的层状结构,通过超声辅助法破坏hBN层与层之间弱的范德华力,从块体hBN中剥离出少层的BNNSs。随后在油水界面通过自组装技术将剥离的BNNSs组装成大面积有序的薄膜。

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目前实验上已经能轻松实现2英寸薄膜的制备。在这种薄膜中,由于每个BNNS均存在表面态,在每个相邻的BNNSs的接触界面存在一个结势垒,这些结势垒主导着薄膜的电阻率。薄膜中的电子的传输需要跨过结势垒,从而导致大量的电子被结势垒消耗,器件表现出超低的暗电流。光照产生的载流子能够降低表面势,使结势垒高度降低,从而增强电流的强度。




审核编辑:刘清

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