【摘 要】
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光电探测器由于其独特的光-电信号转换能力,被广泛应用在生产和生活中。其中硅基光电探测器凭借其成熟的工艺和优异的光电性能,最早实现了商业化。然而,硅基光电探测器仍存在漏电流过大的缺点,导致探测器静态功耗过高且难以克服环境噪声的干扰,进而极大地限制了硅基光电探测器在复杂环境中的应用。针对上述问题,本论文提出采用金属氧化物半导体作为功能层,与硅基底构建新型的异质结型光电探测器。本文将通过两种三元金属氧化
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光电探测器由于其独特的光-电信号转换能力,被广泛应用在生产和生活中。其中硅基光电探测器凭借其成熟的工艺和优异的光电性能,最早实现了商业化。然而,硅基光电探测器仍存在漏电流过大的缺点,导致探测器静态功耗过高且难以克服环境噪声的干扰,进而极大地限制了硅基光电探测器在复杂环境中的应用。针对上述问题,本论文提出采用金属氧化物半导体作为功能层,与硅基底构建新型的异质结型光电探测器。本文将通过两种三元金属氧化物半导体材料,铋酸铜（Cu Bi2O4,简称CBO）和铁酸铋（Bi Fe O3,简称BFO）,对这种硅基异质结型光电探测器展开探究,主要研究成果为:（1）采用旋涂法在n型Si表面沉积p型CBO薄膜,制备n-Si/p-CBO光电探测器。该探测器具有极低的暗电流～2×10-11A;优异的自供电特性,开路电压～0.55V;在零偏置下开关比高达1.69×10~4;-5 V偏置下超快的时间响应,上升和下降时间～0.1和0.3 ms。以上特性使得该器件在高频光系统中表现出良好的性能。器件性能与薄膜厚度的正相关性表明:顶层氧化物半导体作为光吸收层,通过内置异质结产生、分离和传输光生载流子,从而实现光电信号的转换。能带分析进一步证实了上述结论,并揭示了光生载流子在异质结间的运输:光生电子从CBO转移到Si,而光生空穴从Si转移到CBO。（2）为了验证上述器件结构的普适性,采用旋涂法在n型Si表面沉积p型BFO薄膜,制备n-Si/p-BFO光电探测器。n-Si/p-BFO光电探测器也表现出优异的性能:暗电流约为0.15 n A;在零偏压下具有大约8×10~4的高开关比;在550 nm的峰值波长时,具有高响应度～25.2 m A·W-1和比探测率～3.22×1011琼斯(cm·Hz1/2·W-1,简称为Jones)。本论文针对传统硅基光电器件漏电流大,抗干扰性差,静态功耗高的问题,提出采用金属氧化物半导体作为顶端功能层,与硅基底形成新型异质结光电探测器。两个研究工作表明:该新型器件能够有效降低漏电流、提高硅基自供电光电探测器的响应度、比探测率和响应速度。本论文为构建硅基异质结型光电探测器提供了新的材料选择和一种有效的器件设计策略。
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