[引言]

光電探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電器件，廣泛應(yīng)用于成像、光通信、工業(yè)安全和軍事等領(lǐng)域。構(gòu)建高靈敏度、寬光譜響應(yīng)(或特定波段響應(yīng))和高響應(yīng)速度的光電探測(cè)器是重要的研究方向之一。其中，紫外-可見(jiàn)寬帶光電探測(cè)器在光成像、光譜分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、光譜學(xué)和可見(jiàn)光通信方面顯示出特殊的潛力。紫外-可見(jiàn)寬帶光電探測(cè)器通常基于具有適當(dāng)光響應(yīng)區(qū)域的半導(dǎo)體，這是指具有大約1.7 eV的適當(dāng)帶隙的半導(dǎo)體。

Sb2S3、ZrS3、CdS、CdSe、氧化石墨烯、鈣鈦礦和許多其他具有適當(dāng)帶隙的材料已經(jīng)被廣泛研究用于紫外-可見(jiàn)光探測(cè)器。元素硒作為一種穩(wěn)定適用的材料，因其優(yōu)異的性能越來(lái)越受到人們的關(guān)注。硒除了具有合適的帶隙(約1.7 eV)外，還具有較高的抗氧化性和耐濕性，優(yōu)于其他具有類(lèi)似帶隙的半導(dǎo)體，如金屬硫化物、金屬硒和鈣鈦礦。此外，其適中的熔點(diǎn)有利于高質(zhì)量晶體的氣相制造。此外，硒的電導(dǎo)率在光照后發(fā)生了顯著變化，許多金屬半導(dǎo)體金屬(MSM)探測(cè)器都是基于硒材料開(kāi)發(fā)的。然而，這些MSM器件具有硒材料的暗電阻，這限制了高的開(kāi)/關(guān)比。

近日，復(fù)旦大學(xué)方教授課題組在《納米快報(bào)》上發(fā)表了題為“基于集成晶格匹配型/N-Si異質(zhì)結(jié)的高性能硅兼容大面積紫外-可見(jiàn)光寬帶光電探測(cè)器”的研究論文。本文提出并發(fā)展了一種金誘導(dǎo)氯化銨輔助氣相合成的制備方法，在硅襯底上形成晶格匹配(111)晶面取向的垂直排列亞微米硒晶體。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了高性能大面積硅兼容光電探測(cè)器。由于能帶結(jié)構(gòu)和強(qiáng)不對(duì)稱耗盡區(qū)，制備的硒硅器件在紅外區(qū)之前保持了與硒器件相近的截止波長(zhǎng)，在紫外-可見(jiàn)區(qū)表現(xiàn)出高性能的寬帶光學(xué)響應(yīng)。大面積光電探測(cè)器在-2 V偏壓下保持極低的漏電流，在500 nm處光電流高達(dá)62 nA，開(kāi)/關(guān)比高達(dá)103~104。當(dāng)偏置電壓被消除時(shí)，可以清楚地觀察到光響應(yīng)。脈沖響應(yīng)精確地提供了更高的響應(yīng)速度(τ上升+τ下降~1.975ms)，超過(guò)了目前文獻(xiàn)報(bào)道的最快的se基光電探測(cè)器。增強(qiáng)的光電特性和自光學(xué)響應(yīng)主要來(lái)自于晶格匹配和II型能帶匹配的集成高質(zhì)量Se/n-Si p-n異質(zhì)結(jié)。

[圖解指南]

圖1。金誘導(dǎo)和氯化銨輔助氣相合成法制備硒晶體

[結(jié)論與展望]

本文提出并發(fā)展了一種在摻氮硅(111)晶片上外延生長(zhǎng)垂直排列的亞微米硒晶體的方法。然后，基于晶格匹配和ⅱ型能帶匹配的集成硒氮硅磷氮異質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了大面積硅兼容紫外-可見(jiàn)光電探測(cè)器。高質(zhì)量的p-n異質(zhì)結(jié)和單晶P型和N型材料有效保證了器件的高性能。硒硅異質(zhì)結(jié)的光伏效應(yīng)和硒光電導(dǎo)特性區(qū)在硒吸收區(qū)的光響應(yīng)，硒硅器件通常將硒的截止波長(zhǎng)保持在紅外波段以下。在較長(zhǎng)波長(zhǎng)下，剩余的低響應(yīng)性歸因于硅的光電導(dǎo)效應(yīng)和增加的光熱效應(yīng)。

文獻(xiàn)鏈接:基于集成晶格匹配II型SE/ n-Si異質(zhì)結(jié)的高性能硅兼容大面積紫外-可見(jiàn)寬帶光電探測(cè)器(Nano letters，2018，DOI:10.1021/ACS . Nano lett . 8 b 00988)

本文由材料電子電工學(xué)術(shù)組楊子健主編。