第10章紫外探测与成像器件

第10章紫外探测与成像器件10.1紫外光的特性

10.1.1紫外光波段的划分紫外光（UV）是波长在10nm～400nm之间的电磁波，介于可见光波与伦琴(X)射线之间。美国空军地球物理实验室根据大气物理学、光学和人眼生理学对紫外光谱分区，把紫外光分了四个波段：极远紫外、远紫外、中紫外和近紫外。紫外光和可见光波长范围划分图夜天光是由各种自然辐射源的辐射综合形成的。月光、星光、大气辉光、以及太阳光、月光和星光的散射光是造成夜间天空自然光的主要光源，这些统称为夜天光。夜天光包含有可见光成份、丰富的近红外辐射和紫外光等。在自然界中，太阳是最强烈的紫外光辐射源.太阳辐射功率谱密度波长λ(nm)400800120016002000紫外线可见光红外线黄绿光0太阳的紫外光通过大气时呈现以下特性：（1）大气中的氧气强烈地吸收波长小于200nm的紫外光，所以只有在太空中存在这个波段的紫外光，因而被称为真空紫外。

（2）大气中的臭氧层对200nm～300nm波长的紫外光也强烈地吸收，因而在太阳紫外光中的这个波段也几乎完全被吸收了，所以被称为“日盲区”。此波段被人们所使用。（3）太阳辐射的近紫外波段300nm-400nm能较多地透过地球大气层，因而该波段被称为大气的“紫外窗口”。由于经过大气层的强烈散射，所以在大气层中，近紫外光是均匀散布的。在紫外光应用中，真空紫外只在天文和空间研究中有用。军事上则利用其中（2)、（3)的特性。在“日盲区”，由于军事目标(如飞机和火箭的尾焰)的紫外辐射强于太阳的紫外辐射，所以利用该辐射来进行对空目标探测。在近紫外区，地面或近地面的军事目标(如直升机)挡住了大气散射的太阳紫外光，因而在均匀的紫外光背景上形成一个“暗点”，就是利用这个“暗点”，进行制导或探测。目前在被动紫外光军事应用研究中都是利用这两个特点。采用紫外波谱工作的好处是：在此波段自然界很少有产生虚假信号的辐射源，因此检测到的大量信号都是人为产生的。这样就减轻了信号处理的负担，减少了必须处理的检测目标数量。虽然导弹羽烟中的紫外含量低于红外几个数量级，但仍有足够的能量供重要的战术告警使用。紫外检测的难点是得到所需的滤波特征传感器，该传感器必须对无用波长强力衰减，衰减因子达15个数量级，并且必须在10nm内完成从通带(passband)到阻带(stopband)的转换。(此页供阅读参考）什么是紫外线

紫外线按照波长划分为四个波段：

1.UVA波段，波长320～420nm，又称为长波黑斑效应紫外线。它有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面，UVA可以直达肌肤的真皮层，破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维，将我们的皮肤晒黑。360nm波长的UVA紫外线符合昆虫类的趋光性反应曲线，可制作诱虫灯。300-420nm波长的UVA紫外线可透过完全截止可见光的特殊着色玻璃灯管，仅辐射出以365nm为中心的近紫外光，可用于矿石鉴定、舞台装饰、验钞等场所。

2.UVB波段，波长275～320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，在夏天和午后会特别强烈。UVB紫外线对人体具有红斑作用，能促进体内矿物质代谢和维生素D的形成，但长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起红肿脱皮。紫外线保健灯、植物生长灯发出的就是使用特殊透紫玻璃（不透过254nm以下的光）和峰值在300nm附近的荧光粉制成。

3.UVC波段，波长200～275nm，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。短波紫外线对人体的伤害很大，短时间照射即可灼伤皮肤，长期或高强度照射还会造成皮肤癌。紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。

4.VUV波段，波长100～200nm，又称为真空紫外线。10.1.2大气对紫外光的吸收通常，大气对中紫外辐射产生影响的主要因素有四种：O3的吸收、O2的吸收、瑞利散射、溶胶散射和吸收。每种因素影响的大小取决于大气粒子组份的浓度和反应截面，截面又随着不同波长、不同位置的变化而变化。1．O3的吸收

O3是地球大气中有效吸收中紫外辐射的最重要气体，它是由O2和氧分子分解后的O结合形成的。O3对电磁波谱有几个吸收带，波长从220nm～320nm，正是这个带的存在引起近地面的太阳光谱在波长<290nm处中断。2．O2的吸收在紫外辐射区，氧有2个吸收带，1)波长为175nm～202.6nm，2)波长为242nm～260nm，在250nm以上，O2的吸收效应同其它衰减效应相比已不明显。O2浓度的垂直分布随高度增加而递减，O2的吸收决定了在低空中用中紫外波段探测目标的能力。3．瑞利散射瑞利散射粒子的半径比指定波长小得多，单个分子和原子的大小为0.1nm～10nm量级，而中紫外波长为200nm～300nm。所以，瑞利散射是一较强机制。在低空中分子数密度很高，中紫外的瑞利散射很显著，当高度增加时，分子数密度减小，散射系数减小。瑞利散射是由比光波波长要小的气体分子质点引起的。散射能力与光波波长的四次方成反比，波长愈短的电磁波，散射愈强烈；//以下学生阅读！如雨过天晴或秋高气爽时，就因空中较粗微粒比较少，青蓝色光散射显得更为突出，天空一片蔚蓝。瑞利散射的结果，减弱了太阳投射到地表的能量，使地面的紫外线极弱而不能作为遥感可用波段；使到达地表可见光的辐射波长峰值向波长较长的一侧移动，当电磁波波长大于1毫米时，瑞利散射可以忽略不计。正是由于波长较短的光易被散射掉，而波长较长的红光不易被散射，它的穿透能力也比波长短的蓝、绿光强，因此用红光作指示灯，可以让司机在大雾迷漫的天气里容易看清指示灯，防止交通事故的发生。

4．溶胶的吸收与散射溶胶对中紫外的衰减包含吸收与散射两个过程。在紫外辐射传输中，如辐射波长和粒子大小接近，就发生溶胶散射，溶胶的大小为10nm的烟雾粒子到10μm的大雨滴，粒子大小分布很广。所以，中紫外的溶胶散射是一个值得重视的问题。紫外辐射通过地球大气传输时，由于大气中分子及粒子的散射和吸收而衰减，大气对中紫外传输的衰减系数随波长不同而不同，无大气“窗口”。短波长时，O2的吸收同其它因素相比占主导地位；中波长时，O3的吸收系数较大；长波长时，只有溶胶系数变大。当高度增加时，O浓度降低，溶胶数密度减小，O3的吸收成为最主要的衰减因素，尤其是超过10km后，衰减系数显著增加。当高度达20km左右时，O3浓度达到最大，衰减系数最大。图10-2海平面中紫外衰减系数曲线图10.1.3紫外辐射源1．太阳辐射太阳光通常被看作5900K的黑体，其光谱覆盖了从极远紫外到远红外的整个光谱区。太阳光是最典型的、能量最强的自然光源，它直接或间接地造成大气背景辐射，对近地面的光电探测装备造成了严重的背景干扰，给信号处理与识别带来了负担，对红外波段的探测设备可产生虚警。

当太阳辐射经过地球大气层到达地球表面时，它会衰减造成辐射光谱的改变，其中，波长短于290nm的中紫外辐射被臭氧的吸收到达不了地球近地表面，造成太阳光中紫外辐射在近地表面形成“日盲”区。由于O3分布在距地面10km以上的高空，浓度从10km的高度起随高度增加而增大，一直到25km左右。在10km以下，O3含量极少。

O3主要层分布在大气对流层中，在短波290nm的紫外辐射阻挡于大气对流层之外，这就为近地表面工作的“日盲区”波段的装备提供了天然的“保护伞”，使装备避开了最强大的自然光源，在背景极其简单的条件下工作。这就降低了信号处理的难度，对紫外高速采集提供了方便。太阳紫外辐射在短波200nm—290nm被臭氧吸收，因此到达不了地面，将此光谱区称为“日盲”区。2.日辉、夜辉的辐射大气受太阳照射而产生的辐射叫日辉。日辉是由大气组份吸收了太阳辐射并再辐射产生的。这些光谱是由太阳辐射的共振和荧光散射、化学和离子反应及原子和分子的光电激发产生的，其波长为200nm～300nm。

夜辉是由大气在白天吸收了太阳紫外辐射而在夜间产生的。经过各种缓慢的反应、氧化，在白天形成的O和O3，贮存了一定能量，这些能量释放出来就形成了夜辉。夜辉的主要特征出现在此带，其中紫外波段为200nm～300nm。3.导弹的中紫外辐射为了解决白天在太阳光照射下，肉眼无法观测目标的困难，迫使研制紫外高速成像系统来完成这一任务。由于各种武器装备都需要用燃料，就必有尾焰排出，紫外光探测就是利用其特点，及时发现目标。无论使用何种燃料，尾焰中都含有近紫外、中紫外辐射，这就成为捕住目标的紫外辐射源。产生紫外辐射的主要贡献是热发射以及化学发光。导弹羽烟辐射的光谱及强度依赖于组份分子种类及二次燃烧。在火箭发动机中都含有大量的燃料，这就在羽烟中将有大量可燃物质，这些物质同大气中的氧混合后发生放热反应，形成二次燃烧区。燃料在燃烧时，会生成高浓度的碳、氮、氢、二氧化碳等，并同时释放出紫外光。该化学发光的紫外辐射强度与CO和O的浓度成正比，除CO+O的化学发光外，导弹羽烟中还存在以下分子的化学发光：方程式中给出了上述化学发光的紫外光谱带。由于设计的导弹工作参数不同，这对导弹的羽烟紫外辐射也有影响。如推进剂类型、氧化物和燃烧剂的比(O/F)，舵和喷嘴，二次气体源的利用，弹道变化对辐射强度的影响，紫外组份的空间分布及时间稳定性等，环境(如太阳照射角度等)也有很大的影响。10.2紫外成像器件概述紫外成像器件有真空型的像增强器和固体成像器件。用于探测导弹羽烟紫外线的像增强器应有两个特征：(1)高灵敏度、低噪声，有探测微弱信号的能力。(2）应对穿过大气层到达地球表面的太阳光(波长>290nm)不灵敏。紫外成像增强器:自80年代以来，成为一种新型的高性能光电探测器，为导弹羽烟紫外辐射的探测提供了一种先进的探测器。与传统的像管结构相比，微通道板(MCP)结构的像增强器有响应速度快、优越的抗磁场干扰能力、结构紧凑、体积小、质量轻等优点，图像读出方便，实现了紫外探测成像，获得了高分辨率、高灵敏度的优点。紫外像增强器的光谱响应主要取决于光电阴极的材料。在II-VI族化合物中，CsTe、RbTe和CsRbTe光电阴极对紫外光(160nm～300nm)有很高的灵敏度，而对可见光不灵敏。在253.7nm处的量子效率为20％，显示出很好的“日盲”特性。紫外成像增强器是电真空器件，体积重量都比较大。而随着半导体技术的发展，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体越来越受到重视。GaN（氮化镓）、InN(氮化铟)、AlN（氮化铝）这三种材料的禁带宽度分别为3.4eV，1.9eV，6.2eV,覆盖了从可见光到紫外光波段，从而使紫外探测、成像器件的制作材料的选择有了很大的空间,被视为在蓝色和紫外波段最有前景的光电材料。固体紫外成像器件:具有高可靠性、高效率、快速响应、长寿命、全固体化、体积小等优点，在宇宙飞船、火箭羽烟探测、大气探测、飞机尾焰探测、火灾等领域内发挥重大作用。同现行的红外探测系统相比，利用中紫外进行导弹发射探测有以下几个优点：（1)紫外探测技术是导弹的克星，是低空防御的必备装置，也是快速处理信号的先进技术。（2)在紫外区中，空间造成的紫外背景辐射较少，同时也避开了最大的自然光源，信号探测难度下降，虚警率减少，探测概率提高。（3)用紫外探测使得系统结构简化，无需制冷、不扫描、质量轻、体积小。10.3紫外像增强器紫外像增强器的结构与微光像增强器相似，主要有两种型号，近贴型和倒像管。与微光像增强器相比，其差别主要在于光电阴极的不同。

1.输入窗口阴极输入窗口选用石英玻璃满足日盲型紫外像增强器光谱响应及其它方面要求。像增强器的阴极输入窗口在像增强器中的作用可以概括为以下几点：（1）作为像增强器的骨架，必须具有一定的硬度和强度，同时与管体一起形成真空密封结构，满足气密性的要求；（2）在一定波长范围内，具有好的透过率，能够满足工作需要；（3）作为光电阴极发射层的衬底，有利于光电阴极发射层的生长和附着；（4）具有一定的形状，加工性能要良好；（5）成本要低，市场容易采购。可供选择的材料其透过率曲线如图10-3如示。MgF2晶体短波极限波长达到了110nm左右，从透过率性能判断能够满足要求，同时,其它氟化物如CaF2、溴化物如NaBr等都能满足透紫外的要求，但是这些晶体它们大部分都是柔软物,而且吸湿性能特别明显，不能满足像增强器的阴极输入窗口的要求。普通玻璃短波透过率极限波长在260nm附近，不能满足日盲波段透过的要求。紫外光纤面板和高EMA光纤面板短波透过率极限波长>300nm，不能满足日盲波段透过的要求。EMA，extramural-absorption，就是在光纤玻璃间的缝隙处填充光吸收的玻璃纤维丝，可吸收非相干传输的杂散光，在光纤扭像器中用得较多。只有石英玻璃，短波透过率极限波长在190nm以下，满足日盲波段透过的要求，同时石英玻璃容易从市场采购到，加工难度较普通玻璃稍难，但成本不会增加太多。石英玻璃硬度、强度、气密性等方面也满足作为日盲型紫外像增强器的阴极输入窗口的要求。因此石英玻璃作为紫外像增强器的阴极输入窗口。2．紫外阴极碲化铯阴极是一种正电子亲和势阴极，其禁带宽度为Eg=3.3eV,电子亲和势为EA=0.2eV，发生电子发射的能量为Eg+EA。可见，要实现光电发射必须使入射能量大于ETH=3.5eV。利用光电发射定律的公式，可得其阈值波长为350nm。为了防止光电子与价键上的电子发生碰撞电子而产生二次电子-空穴对，一个比较大的禁带宽度是必要的。Cs2Te光电发射的原理图作为一种光电发射材料，碲化铯除了具有所有光电发射材料的共同点之外，还具有以下的特点：（1）碲化铯的电阻特别大，在进行阴极制作时，很难检测到光电流；(2)构成碲化铯的材料的饱和蒸汽压很高，系统在常规的烘烤过程中会出现挥发现象；（3）透射式大面积碲化铯阴极的制作工艺的难度较大。根据光电发射的物理模型（见光电阴极部分），要成为良好的光电发射体必须具备以下特点：（1）光吸收系数大；（2）光电子在体内传输过程中能量损失小，逸出深度大；（3）表面势垒低，使表面逸出几率大。Cs2Te阴极的结构模式Cs2Te阴极由三层构成，第一层，石英玻璃；第二层，导电膜；第三层，Cs原子和Te原子以2:1构成的基本光电发射层。根据良好光电发射体的理论，要求第一、第二层要对紫外光的吸收系数要小，但是对于成型的石英玻璃和金属导电层，紫外线吸收系数已经无法改变，然而可以将导电膜制作成性能类似于Cs2Te的材料，使其具有既能提高阴极的电导率又能发生紫外发射的功能。金属中W、Au、Cu、Al具有既能导电又具有紫外光电发射的性能。在制作Cs:Te=2:1的过程中，尽量保证其比例合适，形成的晶体具有高电子发射效率结构。为了保证Cs:Te以2:1形成晶体，采用先蒸镀一层碲膜，然后在激活温度缓慢铯化最终形成Cs2Te，铯化过程中利用光电流监控法监控光电流的变化，当光电流达到最大，停止铯化，整个工艺结束。图10-7三种紫外光电阴极的光谱特性曲线1.Cs-Te阴极2.Te-Cs-Rb阴极3.Te-Rb阴极10.4GaN的性质与成熟的半导体材料Si相比，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料普遍具有耐高温、低介电常数、耐腐蚀、抗辐射等优良特性，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的器件。在这些材料中，GaN和AlGaN材料的表现尤为突出。AlxGa1-xN化合物材料半导体具有从3.4（x=0）到6.2电子伏特(x=1)的直接带隙宽度，因此它们是最适合用来制作紫外光探测器和可见光盲探测器。它的宽直接带隙使它成为许多探测器应用领域的理想选择。而GaN是一种宽禁带的直接带隙半导体，由此种材料制成的探测器对能量大于3.4eV的光子有很大的响应度，并且使用它作为缓冲层可以在蓝宝石衬底上生长高质量的AlxGa1-xN化合物层，应用前景不可估量。使用AlxGa1-xN材料可以制作多种类型的探测器，比如光电导型、肖特基型光生伏特型、p-n结型和p-i-n型、金属-半导体-金属（MSM）型等。其中，MSM型结构因为制作工艺和结构简单，不需要进行p型沉积，成为制作短波光探测器件极具吸引力的材料。并且，MSM结构容易做成欧姆接触，噪音低而且更加灵敏，工作也服从光生伏特学。因此，AlxGa1-xNMSM型紫外光探测器是一种极具发展潜力的器件。//10.5GaN和GaAlN材料的生长技术分子束外延(MolecularBeamEpitaxy,缩写MBE)是制备半导体多层超薄单晶薄膜的外延技术，现己扩展到金属、绝缘介质等多种材料体系，成为现代外延生长技术的重要组成部分，对当今微电子、光电子技术的发展起着重要的推动作用。目前，生长GaN类材料的分子束外延技术有两种方法:气源分子束外延(GSMBE)和金属有机分子束外延(MOMBE)。（1）气源分子束外延。该法直接以Ga或Al的分子束作为III族源，以NH3作为氮源，在衬底表面反应生成氮化物。采用该方法可以在较低的温度下实现GaN生长。但在低温下NH3的裂解率低，与III族金属的反应速率较慢，导致生成物分子的可动性差，晶体质量不高。（2）金属有机分子束外延。该法以Ga或Al的金属有机物作为Ⅲ族源，以等离子体或离子源中产生的束流作为氮源，在衬底表面反应生成氮化物。采用该方法可以实现在较低的温度下实现GaN生长，而且采用这种方法解决了NH3在低温时裂解率低的问题，可以得到好的晶体质量。MBE的过程是加热的组元的原子束或分子束入射到加热的衬底表面，与衬底表面进行反应的过程如图10-8，其步骤包括:(1)组元原子或分子吸附在衬底表面；(2)吸附的分子在表面迁移和离解为原子；(3)该原子与近衬底的原子结合，成核并外延成单晶薄膜；(4)在高温下部分吸附在衬底薄膜上的原子脱附。有机金属化学气相沉积（简称MOCVD）是一种利用有机金属化合物的热分解反应进行气相外延生长薄膜的CVD技术。这种技术目前主要用于化合物半导体的气相生长。这种方法生长薄膜时的温度低，减小了因温度变化过大造成的应力，并减少了高温在宽禁带材料中产生的无辐射跃迁中心。但这种方法也有其缺点：因为反应温度低，有些金属有机化合物在气相输运中就发生反应，生成的固体微粒再沉积到衬底表面，形成薄膜中的杂质颗粒，破坏薄膜的完整性。要解决这个问题，引入了低压MOCVD。低压MOCVD是MOCVD的一种，工作压力一般在（1～5）×104Pa。为生长Al0.3Ga0.7N，采用Al(CH3)3（即TMA）作为气相铝源，采用Ga(CH3)3（即TMG）作为气相镓源，NH3（氨气）作为氮源，使用氢气作为载气。反应方程式如下：Al(CH3)3+Ga(CH3)3+NH3---→Al0.3Ga0.7N+CH4↑Ga(CH3)3+NH3---→GaN+CH4↑Al(CH3)3+NH3---→AlN+CH4↑低压有机金属化学气相沉积的设备简图如图10-10所示(气相镓源在图中以TMG表示，气相铝源在图中以TMA表示，氨气源在图中以NH3表示)。图10-10低压MOCVD示意图图10-9AlGaN/GaN异质结结构实践表明：Al0.3Ga0.7N/GaN异质结之间的AlN夹层有助于减少Al0.3Ga0.7N和GaN外延层之间由热运动和晶格失配造成的瑕玷。10.7紫外成像器件的基本结构GaN基紫外探测器的结构主要有光电导型、光伏型；光伏型中又分PN结型、PIN型、肖特基结型、MSM型、异质结型等。10.7.1p-i-n结构紫外探测器在蓝宝石基底上制造的GaNp-i-n紫外探测器展现了良好的特性。GaN同质结pin紫外探测元的典型结构如图10-13所示。光从p型(p—GaN）侧入射，调整其厚度使光在p型层被完全吸收，或者在p层和i型层两层中被完全吸收。p、i、n层的厚度选择各有所不同，典型的为0.5～1m厚的n-GaN:Si层；0.1~0.8m厚的i-GaN层；200nm的p-GaN。异质结结构的pin紫外探测器p-AlGaN／i-GaN／n-GaNpin异质结结构。同GaN同质结pin结构相比，除了用p-AlGaN代替原来的p-GaN外，其它与GaN同质结pin结构相同.p-i-n光电探测器的电流-电压曲线和光谱响应曲线实线为p-AlGaN/i-GaN/n-GaNp-i-n器件的结果；虚线为p-GaN/i-GaN/n-GaNp-i-n器件的结果为使p-i-n器件具有高的时间响应速度，其结构设计应尽量使光在耗尽区吸收,p层的厚度要较小。在不是太高的偏压下，随反向偏压的增加，不仅响应率提高，而且响应速度也提高，这是因为随偏压增加，耗尽区加宽，降低了结电容，因而有较小的RC时间常数，小的可达12ns。由于p-i-n结构对(Al)GaN材料质量的高要求以及与p-(Al)GaN欧姆接触的制备困难，肖特基势垒结构的紫外探测器引起人们的极大关注。10.7.2金属/GaN肖特基势垒结构一般地，n－GaN与多种金属如Au、Pd、Pt、Ni等接触可形成肖特基势垒（SB），其典型势垒结构如图。n+-GaN（n=3×1018cm-3）是为了良好的欧姆接触，n-GaN层(n＝3×1016－1×1017cm-3)是激活层。高可靠的金属—半导体接触(起欧姆接触和肖特基势垒作用)是肖特基器件制备中的关键工艺和重要组成部分，对器件性能有重要影响。与GaN欧姆接触的金属一般常选用Ti／Al、Ti／Al／Au或Ti／Al／Pt／Au等，在电子束蒸发后用热退火炉在N2气氛中合金退火，可获得低至10－6量级的接触电阻率。而肖特基接触金属一般比较薄（5－80nm)，以形成半透明的光敏面，提高器件响应率。金属／GaN肖特基势垒光探测器中，GaN层的吸收系数较大，器件效率主要受限于肖特基接触层的透过率，半透明的金属层吸收系数小、反射系数大，并且表面粗糙，这降低了器件的量子效率。10.7.3ITO／n-GaN肖特基势垒结构ITO（锡掺杂氧化铟）是一种重简并宽带隙(3.5~4.3eV)n型半导体，具有很高的载流子浓度(1×1020cm-3---1×1021cm-3)和较低的电阻率(10-4Ω.cm)，在可见光范围有很高的光透射比(>85%)，有类似金属的导电性质，因此，在发光二极管，太阳能电池、液晶显示等光电器件中得到广泛应用。ITO薄膜在波长小于400nm时吸收较小，使得ITO可以在GaN层上用作低紫外吸收的肖特基接触材料。与金属／GaN肖特基势垒器件相比，ITO／n-GaN可见光盲的肖特基势垒器件展现了良好的特性。其光谱量子效率和响应率曲线如图所示。在ITO／n-GaN324nm肖特基势垒结构有47％的峰值量子效率。在350nm有0.13A/W的峰值响应率，其UV/可见光对比度超过3个数量级。Au/n-GaN和ITO／n-GaN肖特基势垒器件的光谱量子效率和响应率曲线10.7.4金属－半导体—金属(MSM)紫外探测器

MSM紫外探测器以其制造简单和易于单片集成，成为紫外探测应用中吸引人的一种选择。典型的MSM器件结构,在兰宝石衬底上用MOCVD生长AlN缓冲层、GaN基半导体光激活层，在激活层上沉积指栅状电极并形成肖特基接触。为钝化表面悬挂键有效减少泄露电流，降低光反射损失以提高量子效率，外延生长GaN基激活层需要经过HF酸浸洗，用PECVD（等离子体化学气相沉积）沉积钝化、减反SiO2层。金属-半导体-金属光电探测器本质上是一个背对背串连的两支金属-半导体接触二极管。均匀掺杂半导体的两面各形成金属-半导体接触，电极距离为L。外加偏压为零时的平衡能带图，其中Φn1=Φn2,VD1=VD2,耗尽层宽度W1=W2。当外加偏压时，一个结为正偏置