4H-SiC紫外光電探測(cè)器光電特性隨溫度變化的研究.pdf

1、隨著空間科學(xué)的發(fā)展，航空航天及太空環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域要求光電探測(cè)器能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持良好的性能，然而半導(dǎo)體器件的性能受溫度的影響很大，因此研究光電探測(cè)器的光電特性隨溫度變化特點(diǎn)，尤其是低溫下的變化特點(diǎn)具有重要的理論和實(shí)際意義。用4H-SiC制備的紫外光電探測(cè)器在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)良的紫外探測(cè)性能，本文介紹了在300-60K溫度范圍內(nèi)，4H-SiC紫外光電探測(cè)器的暗電流和相對(duì)光譜響應(yīng)隨溫度的變化特性。
　　 將被測(cè)探測(cè)器置于由液氦

2、制冷的閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，調(diào)節(jié)溫度從300K逐漸降低到60K。當(dāng)探測(cè)器溫度恢復(fù)到室溫時(shí)，被測(cè)探測(cè)器未出現(xiàn)損壞，仍能夠正常工作。
　　 實(shí)驗(yàn)觀察到隨著溫度的降低，探測(cè)器的暗電流和相對(duì)光譜響應(yīng)都逐漸減小。溫度從300K降低到60K時(shí)，被測(cè)探測(cè)器相對(duì)光譜響應(yīng)的譜形發(fā)生了改變，不同波長(zhǎng)入射光產(chǎn)生的光電流隨溫度降低而減小的速率有所不同，相對(duì)于短波長(zhǎng)入射光的相對(duì)光譜響應(yīng)，中長(zhǎng)波長(zhǎng)的入射光產(chǎn)生的相對(duì)光譜響應(yīng)受溫度影響較大。另外，被測(cè)探測(cè)器的響應(yīng)波

3、長(zhǎng)范圍略有縮小。
　　 本文從兩方面對(duì)相對(duì)光譜響應(yīng)的溫度特性進(jìn)行了探討，一方面從p-i-n結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器光譜響應(yīng)的理論計(jì)算出發(fā)，發(fā)現(xiàn)少子擴(kuò)散系數(shù)，表面復(fù)合速度和界面復(fù)合速度的溫度特性，都能夠引起被測(cè)探測(cè)器光譜響應(yīng)的改變，但考慮到被測(cè)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并結(jié)合理論計(jì)算，這些因素對(duì)相對(duì)光譜響應(yīng)強(qiáng)度的影響都是有限的。
　　 另一方面從4H-SiC材料本身特點(diǎn)，如材料缺陷，能帶結(jié)構(gòu)等方面出發(fā)，研究影響器件光電轉(zhuǎn)換效率的因素。隨

4、著溫度的降低，半導(dǎo)體材料缺陷陷阱對(duì)光生電子空穴對(duì)束縛幾率的增加和聲子數(shù)量的減少，都可以引起被測(cè)探測(cè)器相對(duì)光譜響應(yīng)強(qiáng)度的減弱。而4H-SiC吸收系數(shù)隨溫度降低而減小，使更多的高能量光子深入到空間電荷區(qū)被吸收，并在強(qiáng)電場(chǎng)作用下形成光電流，因此，短波長(zhǎng)部分的相對(duì)光譜響應(yīng)表現(xiàn)為受溫度的影響不大。
　　 另外，4H-SiC材料的能帶結(jié)構(gòu)隨溫度降低發(fā)生改變，由直接躍遷吸收產(chǎn)生的激子的產(chǎn)生幾率有可能增加，可能是導(dǎo)致相對(duì)光譜響應(yīng)短波長(zhǎng)部分的光譜