Yüksek duyarlılığa ve hızlı iyileşmeye sahip galyum oksit fotodetektör
Resim kaynağı: Unsplash
Yazılı | Sui Wen
01
Kılavuz
Ultraviyole fotodedektörler, gizli iletişim, uzaylı keşfi, afet hava tahmini ve biyomedikal testler gibi birçok askeri ve sivil alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Son yıllarda, çift uçlu galyum oksit (Ga2O3) fotodedektörler (PD'ler) kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bununla birlikte, oksit yarı iletken malzemelerde çok sayıda oksijen boşluk (Vo) kusurunun yaygın olarak varlığından dolayı, ışık tarafından üretilen fotoiletken, ışık kaldırıldıktan sonra uzun süre değişmeden kalır. , Bu kalıcı fotoiletkenlik (PPC) etkisi, çift uçlu Ga2O3 fotodedektörün yavaş yanıt vermesine neden olacaktır. , Cihaz performansının iyileştirilmesini engelleyen.
Son zamanlarda, bu yaygın soruna yanıt olarak, Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü Mei Zengxia ile Liang Huili Birinin tasarlamasını bekleyin Üç uçlu amorf galyum oksit (a-Ga2O3) ultraviyole fototransistör , Geçide 850 ms'lik bir ileri darbe voltajı uygulayarak, cihazın kalıcı foto iletkenliği etkili bir şekilde bastırılır ve yüksek yanıt ve hızlı iyileşme a-Ga2O3 derin ultraviyole dedektörü.
02
Arka plan tanıtımı
A-Ga2O3 UV için Fotodetektör veya Görüntüleme Uygulama, iyi olması için fototransistör yapısı hazırlığı ve cihaz uygulaması konusunda derinlemesine araştırma yapılması acildir. PPC'yi engelleyin ve yanıt hızını artırın Sürdürürken Yüksek ışık yanıt oranı .
Geleneksel çift uçlu fotodetektör ile karşılaştırıldığında, Üç terminalli fototransistör Kanal taşıyıcılarının iletim davranışını esnek bir şekilde kontrol etme yeteneği, fotodetektörlerin performansını iyileştirmenin etkili bir yolu olarak kabul edilir.
bir taraftan Transistörün ve geleneksel fotokondüktörün doğal kazancının birleşimi nedeniyle, fototransistör, ışığın karanlık akıma oranını ve yanıt oranını etkili bir şekilde iyileştirebilir.
diğer yandan Jeon ve arkadaşlarının GIZO / IZO / GIZO üç terminalli ışığa duyarlı sensör dizisindeki raporuna göre, PPC etkisi üçüncü uç geçide bir kapı darbesi uygulanarak etkili bir şekilde ortadan kaldırılabilir. Sonuç olarak, fotodetektörün yanıt hızının önemli ölçüde iyileştirilmesi beklenmektedir.
Ek olarak, a-Ga2O3 kanalının metaller ve diğer oksitler üzerinde etkisi vardır. Kontrol edilebilir seçici gravür Düşük geçit kaçak akımı ve iyi iletim özellikleri elde etmenin anahtarıdır. Ancak mevcut cihaz üretim sürecinde, A-Ga için geleneksel fosforik asit solüsyonu kullanın 2 Ö 3 Modelleme sürecinde, cihazın performansını ve verimini ciddi şekilde etkileyen alttaki alüminayı aşındırmaktan kaçınmak zordur.
Ekip, bu teknik sorunu çözmek için bir tür a-Ga2O3 geliştirdi Son derece seçici ıslak aşındırma işlemi Aşındırma koşullarını kontrol ederek, a-Ga2O3 modelleme işlemi sırasında alt alüminyum oksit dielektrik tabakasının etkilenmemesini etkili bir şekilde sağlayabilir.
Araştırma ekibi, yukarıdaki yapısal yenilik ve üretim süreci iyileştirmesine dayanarak, bir kuvars substrat üzerinde dielektrik katman olarak alüminyum oksit ile bir alt geçitli amorf galyum oksit ince film fototransistörü başarıyla üretti.
Bu cihaz, 5,67 × 103A / W kadar yüksek yanıt, ~ 5 × 107 kadar yüksek ışık / karanlık oranı ve 1,87 × 1015 Jones kadar yüksek algılama oranı gibi 254 nm UV ışınlaması altında mükemmel performans sergiliyor.
Daha dikkate değer olan şey, cihazın kapısına 850 ms'lik bir ileri darbe voltajı uygulayarak, kalıcı fotoiletkenlik PPC'sinin etkili bir şekilde bastırılmasıdır. Onlarca saniyeden ~ 5 ms'ye düşürüldü Başarıyla elde edildi Yüksek yanıt ve hızlı yanıt hızı Amaç, amorf galyum oksit ultraviyole dedektörlerinin daha da geliştirilmesini etkili bir şekilde teşvik etti.
03
İnovasyon araştırması
3.1
TMAH çözümünün seçici aşındırması
İnce film transistör (TFT) cihazlarının üretimi için tetrametilamonyum hidroksit (TMAH) çözeltisinin seçici dağlama kabiliyeti çok önemlidir.
Deneyler, 60 ° C'de% 0.24'lük bir TMAH çözeltisinde, a-Ga2O3'ün alüminyum okside (Al2O3) seçici aşındırma oranının 17: 1 olduğunu ve bu da a-Ga2O3 TFT'lerin yeterince geniş ve hazırlık işlemi sırasında kontrolünün kolay olmasını sağladığını göstermektedir. Çalışma alanı.
H3PO4 çözeltisi ile karşılaştırılarak, TMAH çözeltisinin aşındırma etkisi daha da doğrulanır. Şekil 1'de gösterildiği gibi, iki durumda üç boyutlu lazer taramalı eş odaklı mikroskobun enine kesit görüntüleri, yüksek derecede benzerlik gösterir. A-Ga'ya TMAH çözümü 2 Ö 3 Film aşındırma etkisi ve H 3 PO 4 epeyce .
Ve TMAH metal ve Al'ı zorlukla aşındırabilir 2 Ö 3 A-Ga'nın avantajları 2 Ö 3 Kanal tarafından metallerin ve diğer oksitlerin kontrol edilebilir ve seçici olarak aşındırılması mümkün hale gelir.
Şekil 1. TMAH ve H 3 PO 4 A-Ga'ya 2 Ö 3 Film dağlamasının etkisi
3.2
Desenli a-Ga2O3 cihaz performansını optimize edebilir
Şekil 2a'da gösterildiği gibi, SiO2 / Si substratı üzerinde desenli ve desensiz a-Ga2O3 kanallarına sahip geleneksel alt kapılı TFT'ler hazırlandı. İki cihazın elektriksel özellikleri (Şekil 2b.) Şunu göstermektedir: Desenli a-Ga 2 Ö 3 Kanal TFT tipik bir n-tipi iletim eğrisi sunar ve kaçak akım son derece küçüktür , Ve desensiz a-Ga2O3 kanalı TFT anormal aktarım davranışı sergiliyor.
bu nedenle A-Ga için UV ve TMAH dağlama işleminin bir kombinasyonunu kullanma 2 Ö 3 Kanal katmanı aşındırma gereklidir.
Şekil 2. Desenli ve desensiz a-Ga 2 Ö 3 (A) Kanalın ince film transistör yapı diyagramı. (B) I DS -V GS Ve ben GS -V GS
3.3
Darbe önyargısı, fotoiletken etkiyi bastırabilir
SiO2 / Si substrat ile karşılaştırıldığında, Al2O3, SiO2'den daha iyi geçit kontrol kabiliyetine sahip olan ve genellikle ince film transistörlerde bir dielektrik katman malzemesi olarak kullanılan 8.5'lik bir dielektrik sabitine sahiptir.
Şekil 3'te gösterildiği gibi, bir kuvars alt tabakaya dayalı olarak, bir Al2O3 dielektrik tabakası üzerinde alt geçit kademeli bir yapıya sahip bir a-Ga2O3 TFT üretilir.
UV 254 nm ışık altında, cihaz 107'ye kadar açma / kapama oranı, 5.67 × 103A / W duyarlılık ve 1.87 × 1015 Jones algılama oranıyla iyi elektrik performansı sergiliyor.
Yüksek duyarlılığa ulaşıldıktan sonra, fotoiletken PPC etkisini daha da azaltmak için kaynak-boşaltma voltajı (VDS) 10V'de tutulurken, 850 ms'lik darbe genişliğine sahip 20V pozitif geçit önyargısı, kaynak-boşaltma akımı (IDS) eğrisi uygulanır. İlk olarak anlık bir yükselme belirir Geçit voltajı 0 V'a sıfırlandığında, hemen orijinal -1010A seviyesine döner. Etkili şebeke kontrolünün PPC fenomenini iyi bastırdığını gösterir. .
Şekil 3. (a) kuvars üzerinde a-Ga 2 Ö 3 Fototransistörün şematik diyagramı ve elektriksel özellikleri. (B) Darbe bastırma PPC ve bozunma süresi
3.4
Enerji seviyesi ve bant mekanizması analizi
Şekil 4a'da gösterildiği gibi, UV ışınlamasından önce, TFT tükenme bölgesinde düşük kapama akımıyla çalışır, çünkü bu durumda ne elektrik kanalları ne de foto oluşturulmuş taşıyıcılar oluşmaz.
Ultraviyole ışık ışıması altında, elektronlar değerlik bandından iletim bandına uyarılır ve daha derin nötr Vo kusurları sığ verici Vo2 + veya Vo + olarak iyonize edilir, Bu kusurların her ikisi de kaynak ve drenaj arasındaki akıma büyük ölçüde katkıda bulunur. .
Şekil 6b'de gösterildiği gibi, negatif geçit önyargısı altında, elektronlar vücut membranına ve arka kanala itilirken, delikler ve iyonize sığ vericiler kanal / dielektrik arayüzünde tutulur.
Bu nedenle, ışığın yokluğunda, negatif geçit önyargısının neden olduğu Vo2 + ve fotojenere elektronların fiziksel olarak ayrılması, Vo2 + durumunun hızla nötr Vo durumuna (Şekil 6c.) Dönmesini engeller, böylece film hala düşük bir özdirenci korur.
Kapı darbe önyargısı pozitif olduğunda, elektronlar ön kanalın yakınında toplanma eğilimindedir (Şekil 6d.). Bu birikmiş elektronlar, Vo2 + durumunun nötralizasyonunu büyük ölçüde teşvik eder, böylece cihaz PPC durumundan hızlı bir şekilde kurtulur.
Şekil 4. Enerji seviyesi ve bant mekanizması analizi
04
Uygulama ve görünüm
Bu makale, a-Ga2O3 kanal alt kapısı a-Ga2O3TFT'leri ve fototransistörleri seçici olarak aşındırmak için tetrametilamonyum hidroksit (TMAH) sulu çözeltisinin kullanımını tanıtmaktadır.
Bu yeni dağlama yönteminde düşük maliyetli , kullanımı kolay , İyi güvenlik , Fotolitografi ile iyi uyumluluk Bu tür avantajların gelecekte yaygın olarak kullanılması beklenmektedir.
Silikon alt tabakalar üzerindeki ortak alt geçitli a-Ga2O3TFT için, desenli kanallara sahip cihazlar, kalıpları olmayanlara göre daha iyi transistör özelliklerine sahiptir. Kuvars alt tabakadaki a-Ga2O3 tipi TFT mükemmel n-tipi TFT performansı gösterir ve açma-kapama oranı -107 kadar yüksektir.
Yüksek tepkiyi korurken uzun süreli PPC etkisini azaltmak için fototransistörlere daha fazla uygulanabilir.
A-Ga2O3 ultraviyole fotoelektrik kristallerinde, PPC fenomeni, pozitif bir kapı darbesi uygulanarak etkili bir şekilde bastırılabilir ve pozitif bir darbe, bozulma süresini büyük ölçüde 5 ms'ye kısaltabilir. Bu a-Ga 2 Ö 3 Olanağı sağlamak için görüntü uygulamasına girin .
Araştırma sonuçları "ile işaretlenmiştir" Kimyasal Olarak Kazınmış Amorf Ga'da Arttırılmış UV Işık Algılama Performansı 2 Ö 3 İnce Film Transistör "" yayınlandı " Gelişmiş Optik Malzemeler ". Orijinal metni görüntülemek için burayı tıklayın
Kaynak: Light Academic Publishing Center, Changchun Institute of Optics and Mechanics
Editör: Dannis
Görüntülemek için başlığa tıklayın
1. Fizik yasaları size şunu söylüyor: İtiraf çok büyük bir kayıp olabilir ve ayrıldıktan sonra kan kazanmanız gerekir
2. Şok! Dün diktiğiniz süpürge NASA'yı gerçekten endişelendirdi
3. Alkol ve 84 dezenfektan birlikte kullanılabilir mi?
4. Tek kullanımlık tıbbi maskeler nasıl yapılır? Nasıl dezenfekte edilir?
5. Matematik eğlencelidir Bu dev takım, matematik ve fen alanlarında bir grup doktorla birlikte sahayı taradı.
6. "Sıcaklık ölçme tabancası" sıcaklığınızı nasıl ölçer?
7. 0 derece su ile 100 derece su karıştırılarak 50 derece su elde edilebilir mi?
8. İnsanlar neden öpüşmeyi sever?
9. Virüs nereden geliyor?
10. İlk görüşte aşk güvenilir midir?
