AlGaN日盲p-i-n型FPA探测器关键工艺技术的研究

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铝镓氮(AlGaN)材料是GaN材料的三元合金,它属于宽禁带直接带隙半导体,物理、化学性质稳定,其禁带宽度随材料中Al组分由0到1的变化在3.4~6.2ev之间连续变化,对应可吸收光的长波限在200~365nm之间变化。其中240~280nm波段是日光盲区,因此AlGaN是制作日光盲(日盲)紫外探测器的理想材料,可广泛应用于导弹尾焰探测、火灾监测等领域。  一般探测器的研究包括以下几个方面:器件结构设计、外延材料生长、工艺技术研究、器件制作及测试。本文的重点研究内容为:高 Al组分 n型 AlGaN(n-AlGaN)材料MOCVD生长的研究、高Al组分n-AlGaN欧姆接触技术的研究,另外还对制作出的320×256元AlGaN日盲p-i-n型焦平面阵列(FPA)探测器样品进行了性能测试与分析。  文章首先研究高Al组分n-AlGaN材料MOCVD生长。主要通过对高温AlN和AlxGa1-xN/AlN超晶格缓冲层的研究,优化n-AlGaN材料的生长,研究生长出铝组分为0.6的n-AlGaN材料,得到它的n型载流子浓度为6.9×1018cm-3、室温载流子迁移率为49.0cm2/v.s,满足器件制作要求。  其次,利用圆形传输线模型(CTLM)进行了大量n-Al0.6Ga0.4N欧姆接触实验研究,欧姆接触金属方案为:Ti(20nm)/Al(200nm)。重点研究快速热退火处理对Ti/Al/n-Al0.6Ga0.4N欧姆接触的影响,并对退火工艺条件进行了优化。在制作欧姆接触金属薄膜之前对样品进行表面预处理,处理条件如下:使用丙酮、酒精去油污各清洗5分钟,用去离子水洗净,再放入王水中煮沸20分钟去除表面活性氧化物;金属层制作完成后,对样品进行一系列快速热退火处理实验,结果得到Ti/Al/n-Al0.6Ga0.4N欧姆接触的最优退火条件为:在氮气(N2)气氛下、670℃、120秒的快速热退火处理,得到此时比接触电阻率为2.95×10-4Ω·cm2。  最后对制作的探测器样品进行电学、光谱响应及成像测试,测试结果如下:器件的光谱响应范围为250~280nm,实现了日盲区探测;在2伏反向偏压工作状态下,探测器在265nm波段附近达到峰值响应,响应度为0.13A/W,量子效率为60%;在3伏反向偏压工作状态下,单元器件暗电流密度为7nA/cm2;阵列峰值探测率*?D为3.59×1013cm·Hz1/2/W;成功对探测器进行了成像演示。
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