Uresničite diamantni detektor DUV

Diamant kot material z ultra širokim pasom, visoko toplotno prevodnostjo, kemično inertnostjo, visoko izolacijo in odpornostjo na sevanje velja za idealen kandidatni material za proizvodnjo fotodetektorjev DUV. Razvoj fotodetektorjev na osnovi diamantov je dosegel nekaj napredka, vendar je treba občutljivost in splošno uspešnost še izboljšati, da bi zadovoljili potrebe praktičnih aplikacij. Raziskovalci raziskujejo sinergistični učinek površinskih stanj in globokih napak, da bi dosegli ultra visoke dobičke DUV fotodetektorje, ki delujejo pri nizkih napetostih, da bi se spoprijeli z izzivi integracije z eno čip in spodbujali razvoj tehnologije DUV detektorja, združljivih z integriranimi vezji.

 

Na področju ultra širokih polprevodnikov pasu raziskovalci si prizadevajo za razvoj globokih ultravijoličnih (DUV) fotodetektorjev z ultra-visokim dobičkom, katerih cilj je doseči uspešnost, ki je primerljiva s cevmi za fotomultiplikator (PMT). Ti detektorji so ključni za zaznavanje slepe in komunikacijo v območju valovne dolžine 200-280 nanometrov, saj lahko zagotavljajo visoko občutljivost, veliko hitrost, visoko spektralno selektivnost, visoko razmerje med signalom in šumom in visoko stabilnostjo. Vendar pa se obstoječi detektorji, ki temeljijo na ultra širokih polprevodnikih pasu, kot sta Algan in Ga2O3, soočajo z izzivi, kot so visoka delovna napetost, gostota visoke okvare rešetke, segregacija faze in občutljivost na magnetna polja, ki omejujejo njihov nadaljnji razvoj uspešnosti.

 

Ekipa, ki jo vodi Liao Meiyong z Nacionalnega inštituta za materialno znanost in tehnologijo na Japonskem, je pokazala, da lahko sinergistični učinek površinskih stanj in globokih napak na substratih tipa IB tipa (SCD) doseže ultra-visoke fotodetektorje DUV (PD) z nizkimi delovnimi napetostmi (<5V). The overall photoresponse of diamond DUV-PD, such as sensitivity, dark current, spectral selectivity, and response speed, can be easily customized by hydrogen or oxygen termination on the SCD substrate surface. Under 220 nm light, the DUV response rate and external quantum efficiency exceed 2.5 × 104 A/W and 1.4 × 107%, respectively, which is comparable to PMT. The DUV/visible light suppression ratio (R220 nm/R400 nm) is as high as 6.7 × 105. The depletion of two-dimensional hole gas by deep nitrogen defects provides low dark current, and the filling of ionized nitrogen under DUV irradiation generates a huge photocurrent. The synergistic effect of surface states and intrinsic depth defects has opened up the way for the development of DUV detectors compatible with integrated circuits.

 

Povezani dosežki so bili objavljeni v naprednih funkcionalnih materialih pod naslovom "Sinergistični učinek površinskih stanj in globoke okvare za ultra visok dobiček globoko ultra vijolični fotodetektor z nizko napetostjo".