重磅！南京大学团队成功实现了国际首支宽禁带半导体pn结型EUV探测器
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半导体照明网讯：高性能半导体极紫外（EUV）探测器是新一代EUV光刻机、等离子体物理、太阳活动观测，以及系列大科学装置等领域所急需的关键部件。EUV探测器主要针对10-121 nm极紫外谱段光波的剂量与能量探测，由于EUV光子在半导体材料中的穿透深度极浅且光子能量高，导致传统Si基紫外探测器在EUV波段的探测效率偏低且器件性能极易发生退化。因此，研制探测效率高、抗辐射能力强和温度稳定性好的新型EUV探测器一直是学术界和产业界亟待解决的关键问题。以SiC为代表的宽禁带半导体具有本征载流子浓度低、临界位移能高、可见光盲等系列材料性能优势，是制备新一代半导体EUV探测器的优选材料。
图 1 EUV和VUV波段在电磁波频谱中的分布。
近日，南京大学陆海和张荣教授团队在前期研究基础上，创新设计出一种表面梯度掺杂诱导δn-i-p超浅结SiC二极管，并通过开发选区刻蚀、高温氧化修复与低温金属化工艺，成功实现了国际首支宽禁带半导体pn结型EUV探测器（图2(a)）。数值仿真及实验结果证明浓度梯度掺杂形成的δn-i-p结构可以在探测器表面诱导产生与器件内部pn结区电场方向一致的强电场（图2(b)），从而有效减少光生载流子在器件表面死区中的复合损失，大幅提升器件的探测效率。系列片上表征以及封装测试证明该EUV探测器具有接近理论极限的探测效率优势；同时，相较于肖特基结型探测器，pn结受界面态、漏电流及环境温度变化的影响小，性能更加稳定。如图2(c)所示，该大尺寸EUV探测器在室温下的暗电流仅为1pA@-10V，具备探测微弱光信号的优越性能；同时，器件在150°C高温下的暗电流也仅为2pA@-10V，具备在高温环境中工作的应用潜力; 探测器在13.5 nm EUV光辐照下的光电流不随偏置电压发生变化，证明器件能够在光伏模式下工作。
图 2 SiC δn-i-p EUV探测器 (a) 器件结构图；(b) TCAD模拟器件表面电场分布；(c) 室温、150°C条件下的暗电流与光电流特性曲线；(d)探测效率曲线。
南京大学团队在宽禁带半导体紫外探测器领域具有良好的研究基础，已实现多类型高性能半导体紫外探测器的规模化推广应用。团队自2011年起就开展了200 nm以下短波紫外探测器的研制工作，于2013年首先实现了探测波长低至140 nm 的大感光面宽禁带AlGaN基真空紫外探测器（Chinese Physics Letters 30:117301, 2013），这是国内公开报道的第一只半导体真空紫外探测器；在此基础上，该团队进一步发展了探测波长低至5 nm的高量子效率EUV探测器技术，于2020年报道了高性能栅条型横向结SiC EUV探测器（IEEE Photonics Technology Letters 32:791, 2020）。近年来，南京大学团队积极推进技术成果转化，已逐步向国内外若干家大型公司批量供应真空紫外和极紫外探测器，用于大型半导体装备研发。 新书推荐：
出版背景：基于宽禁带半导体的固态紫外探测技术是继红外、可见光和激光探测技术之后发展起来的新型光电探测技术，是对传统紫外探测技术的创新发展，具有体积小、重量轻、耐高温、功耗低、量子效率高和易于集成等优点，对紫外信息资源的开发和利用起着重大推动作用，在国防技术、信息科技、能源技术、环境监测和公共卫生等领域具有极其广阔的应用前景，成为当前国际研发的热点和各主要国家之间竞争的焦点。
我国迫切要求在宽禁带半导体紫外探测技术领域取得新的突破，以适应信息技术发展和国家安全的重大需要。本书是作者团队近几年来的最新研究成果的总结，是一本专门介绍宽禁带紫外光电探测器的科技专著。本书的出版可以对我国宽禁带半导体光电材料和紫外探测器的研发及相关高新技术的发展起到促进作用。
内容简介：本书从材料的基本物性和光电探测器工作原理入手，重点讨论宽禁带半导体紫外探测材料的制备、外延生长的缺陷抑制和掺杂技术、紫外探测器件与成像芯片的结构设计和制备工艺、紫外单光子探测与读出电路技术等；并深入探讨紫外探测器件的漏电机理、光生载流子的倍增和输运规律、能带调控方法、以及不同类型缺陷对器件性能的具体影响等，展望新型结构器件的发展和技术难点；同时，介绍紫外探测器产业化应用和发展，为工程领域提供参考，促进产业的发展。
编者团队：本书作者都是长年工作在宽禁带半导体材料与器件领域第一线、在国内外有影响的著名学者。本书主编南京大学陆海教授是国内紫外光电探测领域的代表性专家，曾研制出多种性能先进的紫外探测芯片；张荣教授多年来一直从事宽禁带半导体材料、器件和物理研究，成果卓著；参与本书编写的陈敦军、单崇新、叶建东教授和周幸叶研究员也均是在宽禁带半导体领域取得丰硕成果的年轻学者。本书所述内容多来自作者及其团队在该领域的长期系统性研究成果总结，并广泛地参照了国际主要相关研究成果和进展。
作者团队：
院士推荐：本书系统论述了宽禁带半导体紫外探测材料和器件的发展现状和趋势，对面临的关键科学技术问题进行了探讨，对未来发展进行了展望。目前国内尚没有一本专门针对宽禁带半导体紫外探测器的科研参考书，本书的出版填补了这一空白，将会对我国第三代半导体紫外探测技术的研发起到重要的推动作用。——中国科学院院士 郑有炓 目前市面上还没有专门讲述宽禁带半导体紫外探测器的科研参考书，该书的出版可以填补该领域的空白。本书可为从事宽禁带半导体紫外光电材料和器件研发、生产的科技工作者、企业工程技术人员和研究生提供一本有价值的科研参考书，也可供从事该领域科研和高技术产业管理的政府官员和企业家学习参考。详见本书目录：
本书目录：
第1章 半导体紫外光电探测器概述
1.1 引言
1.2 宽禁带半导体紫外光电探测器的技术优势
1.3 紫外光电探测器产业发展现状
1.4 本书的章节安排
参考文献
第2章 紫外光电探测器的基础知识
2.1 半导体光电效应的基本原理
2.2 紫外光电探测器的基本分类和工作原理
2.2.1 P-N/P-I-N结型探测器
2.2.2 肖特基势垒探测器
2.2.3 光电导探测器
2.2.4 雪崩光电二极管
2.3 紫外光电探测器的主要性能指标
2.3.1 光电探测器的性能参数
2.3.2 雪崩光电二极管的性能参数
参考文献
第3章 氮化物半导体紫外光电探测器
3.1 引言
3.2 氮化物半导体材料的基本特性
3.2.1 晶体结构
3.2.2 能带结构
3.2.3 极化效应
3.3 高Al组分AlGaN材料的制备与P型掺杂
3.3.1 高Al组分AlGaN材料的制备
3.3.2 高Al组分AlGaN材料的P型掺杂
3.4 GaN基光电探测器及焦平面阵列成像
3.4.1 GaN基半导体的金属接触
3.4.2 GaN基光电探测器
3.4.3 焦平面阵列成像
3.5 日盲紫外雪崩光电二极管的设计与制备
3.5.1 P-I-N结GaN基APD
3.5.2 SAM结构GaN基APD
3.5.3 极化和能带工程在雪崩光电二极管中的应用
3.6 InGaN光电探测器的制备及应用
3.6.1 材料外延
3.6.2 器件制备
3.7 波长可调超窄带日盲紫外探测器
参考文献
第4章 SiC紫外光电探测器
4.1 SiC材料的基本物理特性
4.1.1 SiC晶型与能带结构
4.1.2 SiC外延材料与缺陷
4.1.3 SiC的电学特性
4.1.4 SiC的光学特性
4.2 SiC紫外光电探测器的常用制备工艺
4.2.1 清洗工艺
4.2.2 台面制备
4.2.3 电极制备
4.2.4 器件钝化
4.2.5 其他工艺
4.3 常规类型SiC紫外光电探测器 |
