论文部分内容阅读
随着科技的进步，紫外探测技术被广泛地应用在很多的方面。AlGaN基日盲紫外探测器具有体积小、工作电压小、绿色环保和物理化学性质稳定等优点，因而在预警监测、生化医药、天文等领域有着巨大的应用前景。然而,与传统的紫外光电倍增管相比，AlGaN基日盲紫外探测器的响应度依然很低，这已成为制约其发展和应用的关键。目前，AlGaN半导体材料的位错密度高达109cm-2，通过改善AlGaN材料的质量来提高响应度的方法仍然具有很大的困难，而利用金属纳米颗粒产生的局域表面等离激元来提高探测器的光吸收效率已成为一个研究热点。本文研究了表面等离激元对AlGaN基日盲紫外探测器响应度的增强作用，对促进AlGaN基紫外探测器的发展和应用有着重要的意义。本文用MOCVD在蓝宝石衬底上生长了高质量的AlGaN材料，尝试了SiO2掩膜沉积Al阵列以及电子束蒸发制备Al纳米颗粒的方法，最终成功获得了大小可控的Al纳米颗粒。器件上采用标准光刻工艺制备MSM结构探测器。电极为50nm的Ni金属层，在氮气氛围下450℃退火180s。光谱响应测试显示当Al颗粒的大小约为60nm时，探测器峰值响应度（288nm）增加了超过2倍，随着Al颗粒直径的减小，峰值响应度增加的倍数也逐渐减少。暗电流的测试表明不同大小的Al颗粒都能略微降低探测器的暗电流，这主要是由于Al2O3外壳对螺位错的钝化作用，减少了漏电通道。本文取得的研究成果如下：1.利用时域有限差分法模拟了不同大小Al纳米颗粒的消光光谱，分析了Al颗粒与入射光的耦合规律，进一步研究了Al2O3使消光光谱红移的现象，在此基础上了解了表面等离激元对探测器性能的增强作用。2.探索了多种制备Al纳米颗粒的方法，并成功掌握了利用电子束蒸发制备大小可控Al纳米颗粒的条件。3.制备了AlGaN基MSM结构日盲紫外探测器，研究了不同大小的Al颗粒对探测器响应度的增强规律及对暗电流的影响。实验发现60nm的Al颗粒对探测器的增强效果最明显，这是由于金属颗粒的散射作用以及由Al颗粒引起的局域表面等离激元耦合共振增加了半导体材料的光吸收，使光生电子空穴对的数量增加，从而增强了光响应度。而暗电流受Al颗粒的影响很小，主要是Al2O3能钝化位错，减少漏电通道。