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金刚石具有独特的电学、光学、热学和物化稳定性能,基于金刚石薄膜的日盲型紫外光探测器的研究已成为该领域的研究热点。金刚石薄膜探测器性能很大程度上取决于薄膜质量、器件工艺、器件结构和信号处理技术,本文主要从改善金刚石薄膜质量和改进器件结构出发来提高紫外光探测器的光谱响应度和紫外/可见分辨率,创新性的引入了共面栅结构。主要取得了以下结果:
采用偏压辅助的热丝化学气相沉积(HFCVD)方法并结合后期刻蚀和退火处理,金刚石薄膜表面粗糙度和非金刚石相含量明显下降,分别下降到40 nm和0.16%。薄膜质量和表面平整度的提高有利于改善紫外光探测器性能。
采用有限元方法模拟共面栅结构探测器内部的电场分布并进行电极尺寸的设计,提出了最佳结构尺寸和工作条件:非收集栅与收集栅上所加电压比为0.5,栅宽与沟宽比为2。根据现有薄膜实际状况以及实验条件,确定栅宽和沟宽分别为100μm和50μm,收集栅、非收集栅和背电极的电压分别为100V、50V、-100V。
在模拟设计的基础上,采用不同晶粒取向((100)取向、(111)取向、任意取向)的金刚石薄膜制备了共面栅结构的紫外光探测器。尝试将器件置于450℃氩气气氛中退火45min,欧姆接触特性得到了改善。紫外光响应测试结果表明,上述三种紫外光探测器均有良好的紫外光响应度和紫外/可见分辨率,同时发现(100)取向薄膜的电学性能和探测器响应特性优于其它两种器件。