基于二维材料的快速响应金属-半导体-金属结构光电探测器研究进展 被引量：7

1

作者 何嘉玉 陈克强 +6 位作者 冀婷 石林林 冯琳 李国辉 郝玉英 张晗 崔艳霞 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期745-762,共18页

快速响应光电探测器在光通信、高速摄影、生物医学成像等领域有广泛的需求。目前,市场上应用的快速响应光电探测器大多基于硅、砷化镓等传统的无机半导体材料,但是其制作工艺复杂、成本较高,并且机械灵活性差。以石墨烯、二硫化钼为代... 快速响应光电探测器在光通信、高速摄影、生物医学成像等领域有广泛的需求。目前,市场上应用的快速响应光电探测器大多基于硅、砷化镓等传统的无机半导体材料,但是其制作工艺复杂、成本较高,并且机械灵活性差。以石墨烯、二硫化钼为代表的二维材料具有独特的层状结构以及良好的光学、电学、热学和机械特性,是制备光电探测器的理想材料。尤其是部分二维材料所拥有的超高载流子迁移率特性,十分适用于研制快速响应光电探测器。近年来,一系列基于二维材料的金属-半导体-金属结构光电探测器(Metal-semiconductor-metal photodetectors,MSM-PDs)被陆续报道,很多具有1μs以下的快速响应特性。本文以基于二维材料的快速响应MSM-PDs为主题进行综述。首先介绍了MSM-PDs中的基本结构及工作原理,深入剖析了决定其响应速度的主要因素。随后介绍了石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷、二维钙钛矿、三元硒氧铋等二维材料的分子结构、光学、电学等特性,并对各类二维材料在MSM-PDs的应用进行对比。然后分类介绍了响应速度在1μs以下的欧姆接触型、肖特基接触型以及基于表面等离激元效应二维材料MSM-PDs的研究进展。最后总结全文,并对二维材料在快速响应光电探测器中的应用前景及发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 光电探测器 快速响应 二维材料 石墨烯 过渡金属硫化物 黑磷 二维钙钛矿 金属-半导体-金属

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β-Ga_(2)O_(3)基MSM型日盲紫外光电探测器高温电流输运机制的研究

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作者 杜桐 付俊杰 +6 位作者 王紫石 狄静 陶春雷 张赫之 张琦 胡锡兵 梁红伟 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期319-328,共10页

本文成功制备了β-Ga_(2)O_(3)基金属半导体金属(MSM)型日盲紫外光电探测器。在室温下偏压为5 V时,具有高质量外延的器件的响应度达到469.6 mA/W(对应外量子效率(EQE)为229.2%),光暗电流比为5.26×10^(3)。为了研究β-Ga_(2)O_(3)基... 本文成功制备了β-Ga_(2)O_(3)基金属半导体金属(MSM)型日盲紫外光电探测器。在室温下偏压为5 V时,具有高质量外延的器件的响应度达到469.6 mA/W(对应外量子效率(EQE)为229.2%),光暗电流比为5.26×10^(3)。为了研究β-Ga_(2)O_(3)基MSM型日盲紫外光电探测器在高温环境下的潜在应用,对该器件在高温下的电流-电压(I-V)和光响应(I-T)特性进行了测试,分析器件在高温下的载流子输运机制。结果表明:在300~375 K时,器件的暗电流主要由低压下的热离子场发射(TFE)和高压下的普尔-弗兰克发射(PFE)主导,由PFE模型拟合的I-V曲线可知,PFE由导带下的0.200 eV附近的缺陷引起;根据光响应特性拟合结果,得到上升时间拟合活化能为0.280 eV,下降时间拟合活化能为0.036 eV。由分析结果可知,光电流的输运过程如下:光生电子首先被导带下0.200~0.280 eV附近的缺陷能级捕获并通过PFE发射进入到导带产生光电流。光生载流子的复合过程为:光电子更倾向于被导带下的0.036 eV附近的缺陷能级捕获,进而与价带中的光生空穴复合。 展开更多

关键词 β-Ga_(2)O_(3) 金属半导体金属 日盲紫外光电探测器 热离子场发射 普尔-弗兰克发射 缺陷

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GaN金属-半导体-金属紫外光电探测器的研制

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作者 陈小红 蔡加法 +2 位作者 程翔 邓彩玲 陈松岩 《厦门大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期47-50,共4页

用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上制备了GaN单晶薄膜,并对样品进行X射线衍射和光致发光谱测量.利用GaN样品成功地制备了金属-半导体-金属(MSM)结构GaN紫外光电探测器,并对其I-V特性、光谱响应及击穿电压等性能进行测... 用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上制备了GaN单晶薄膜,并对样品进行X射线衍射和光致发光谱测量.利用GaN样品成功地制备了金属-半导体-金属(MSM)结构GaN紫外光电探测器,并对其I-V特性、光谱响应及击穿电压等性能进行测试和分析.结果表明,探测器在-5 V偏压下的光电流与暗电流之比大于400倍;探测器光响应在352 nm附近达到响应峰值,并在364 nm附近出现截止,即具备可见盲特性;器件的光响应度最好达0.21A/W. 展开更多

关键词 GAN 金属-半导体-金属(MSM)结构 紫外探测器

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金属-无机半导体-金属光电探测器的研究进展 被引量：2

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作者 高琳华 崔艳霞 +4 位作者 梁强兵 刘艳珍 李国辉 范明明 郝玉英 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期221-239,共19页

金属-半导体-金属光电探测器(MSM-PDs)本身固有的高速、高响应率、易集成等特性使其在光纤通信、传感、制导等多个领域受到广泛关注。文中围绕金属-无机半导体-金属光电探测器展开综述。首先介绍了MSM-PDs的基本结构,包含共面和垂直两... 金属-半导体-金属光电探测器(MSM-PDs)本身固有的高速、高响应率、易集成等特性使其在光纤通信、传感、制导等多个领域受到广泛关注。文中围绕金属-无机半导体-金属光电探测器展开综述。首先介绍了MSM-PDs的基本结构,包含共面和垂直两种类型。紧接着,介绍了MSM-PDs具体的工作原理,除了常见的光电导型及肖特基型工作原理,还介绍了以金属作为吸光层的热载流子光电探测器的工作原理。随后,详细介绍了以GaAs、InGaAs、Si/Ge等无机材料作为半导体层的MSM-PDs在过去所取得的研究进展。此外,还介绍了利用金属微纳结构拓展较宽带隙半导体材料MSM-PDs在红外波段响应特性的研究进展。最后,总结全文并对MSM-PDs未来的发展做出了展望。 展开更多

关键词 金属-半导体-金属 光电探测器 肖特基 红外 金属微纳结构

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吸收增强的光栅型金属-半导体-金属光电探测器的优化设计 被引量：5

5

作者 乔静 谢生 +2 位作者 毛陆虹 丛佳 董威锋 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期363-368,共6页

针对可见光通信对硅基光电探测器高响应度的要求,本文利用亚波长金属光栅的异常光学透射现象,提出一种增强与硅基CMOS工艺兼容的金属-半导体-金属光电探测器吸收的方法。采用时域有限差分法,详细分析了光栅周期、光栅高度和狭缝宽度对... 针对可见光通信对硅基光电探测器高响应度的要求,本文利用亚波长金属光栅的异常光学透射现象,提出一种增强与硅基CMOS工艺兼容的金属-半导体-金属光电探测器吸收的方法。采用时域有限差分法,详细分析了光栅周期、光栅高度和狭缝宽度对探测器吸收性能的影响,证明了类法布里-珀罗共振和表面等离子体激元是吸收增强的物理起源。对于波长615 nm的红光通信而言,探测器金属光栅的最佳周期、最佳高度和最佳狭缝宽度分别为580,91,360 nm。与没有亚波长金属光栅结构的探测器相比,本文设计的探测器吸收系数提高了32%。本文研究的MSM探测器结构与CMOS工艺完全兼容,有望在可见光通信芯片中得到实际应用。 展开更多

关键词 可见光通信 光电探测器 亚波长金属光栅 吸收增强 类法布里-珀罗共振 表面等离子体激元

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基于应变锗的金属—半导体—金属光电探测器 被引量：1

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作者 李鸿翔 张倩 +1 位作者 刘冠宇 薛忠营 《半导体技术》 CAS 北大核心 2023年第9期747-754,共8页

通过对锗(Ge)半导体材料进行拉伸应变和n型掺杂,可以提高其电子迁移率和发光性能。将薄膜卷曲技术与微电子加工技术相结合,制备出悬浮的Ge微米带结构,实现了单轴和双轴2种不同的应变状态,并且可以通过调整光刻图案来控制Ge的应变状态和... 通过对锗(Ge)半导体材料进行拉伸应变和n型掺杂,可以提高其电子迁移率和发光性能。将薄膜卷曲技术与微电子加工技术相结合,制备出悬浮的Ge微米带结构,实现了单轴和双轴2种不同的应变状态,并且可以通过调整光刻图案来控制Ge的应变状态和大小。利用这一方法,制备出了高性能双轴应变Ge对称型肖特基接触金属-半导体-金属(MSM)光电探测器。经测试,在1 V偏压和入射功率为1 000 nW的863 nm激光下,该探测器具有低至nA量级的暗电流和高达713的电流开/关比。该性能的实现主要是依赖于双轴应变和掺杂对Ge能带的修饰。研究结果展示了应变Ge在光电探测领域的优势,也证明了其在Si兼容光学通信设备中的应用潜力。 展开更多

关键词 绝缘体上锗(GOI) 应变锗(Ge) 肖特基接触 光电探测器 金属-半导体-金属(MSM)

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脉冲激光沉积α相氧化镓薄膜及其日盲光电探测器

7

作者 丁子舰 颜世琪 +1 位作者 徐希凡 辛倩 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期329-336,共8页

本文采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在m面蓝宝石衬底上外延生长了高质量亚稳态α相氧化镓(α-Ga_(2)O_(3))薄膜,结合X射线衍射和扫描电子显微镜等表征手段,研究了不同生长温度和不同氧分压对薄膜形貌及结晶性的影响。基于优化条件下生长的... 本文采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在m面蓝宝石衬底上外延生长了高质量亚稳态α相氧化镓(α-Ga_(2)O_(3))薄膜,结合X射线衍射和扫描电子显微镜等表征手段,研究了不同生长温度和不同氧分压对薄膜形貌及结晶性的影响。基于优化条件下生长的异质外延α-Ga_(2)O_(3)薄膜,制备了金属-半导体-金属(MSM)结构的日盲紫外光电探测器。由于薄膜较好的结晶质量和较少的缺陷,该探测器在254 nm日盲紫外光照射下表现出良好的光电响应,5 V偏压下具有10^(-6)A的光电流及10^(-10)A的暗电流,光暗电流比可达104,最大响应度达到36.7 A/W,最大外量子效率为1.79×10^(4)%,最大探测率为2.45×10^(14)Jones。 展开更多

关键词 脉冲激光沉积 α相氧化镓 生长温度 氧分压 金属-半导体-金属 日盲光电探测器

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过程工程所等金属-半导体复合物核壳纳米结构研究获进展

8

《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2411-2411,共1页

金属-半导体复合物的“等离子体协同效应”，使其在光催化，光电器件以及激光等领域都具有广泛的应用前景。因此，如何精确地控制合成金属一半导体复合物纳米结构，已然成了研究热点。

关键词 金属-半导体 纳米结构 复合物 过程工程 核壳 协同效应 等离子体 光电器件

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掺银硫系玻璃光电探测器响应波长特性研究

9

作者 吕松竹 赵建行 +3 位作者 周姚 曹英浩 宋瑛林 周见红 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期343-350,共8页

由于硫系玻璃具有良好的光学性质,在非线性光学等方面研究广泛,但基于硫系玻璃光电探测器的相关研究却很少。本文利用真空共热蒸发技术制备了不同掺银比例的硫系玻璃薄膜作为半导体膜层结构,并设计构建了金属-绝缘体-半导体结构的自供... 由于硫系玻璃具有良好的光学性质,在非线性光学等方面研究广泛,但基于硫系玻璃光电探测器的相关研究却很少。本文利用真空共热蒸发技术制备了不同掺银比例的硫系玻璃薄膜作为半导体膜层结构,并设计构建了金属-绝缘体-半导体结构的自供电光电探测器,探究了该光电探测器的响应光谱范围。结果表明,该探测器对可见光到近红外区域的光均有响应。针对掺银硫系玻璃光电探测器在635 nm波长激光下,研究了探测器响应电压与激发功率之间的关系。当激光功率小于10 mW时,探测器响应电压与激发功率线性相关;当激光功率大于10 mW时,探测器响应电压逐渐饱和。探测器的上升和衰减时间分别为3.932 s和1.522 s。本研究为硫系玻璃材料在自供电光电探测器领域的应用提供了证明。 展开更多

关键词 硫系玻璃 光电探测器 金属-绝缘体-半导体

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基于磁控溅射法生长hBN薄膜的MSM型真空紫外探测器(特邀) 被引量：2

10

作者 房万年 李强 +4 位作者 张启凡 陈冉升 李家兴 刘康康 云峰 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期21-30,共10页

针对目前大面积高质量六方氮化硼(hBN)薄膜的制备与转移存在均匀性、晶粒控制、无损转移等问题,采用射频磁控溅射技术成功在2英寸硅和蓝宝石介电衬底上沉积了hBN薄膜,拉曼光谱、X射线光电子能谱表征证实了薄膜具有明显的hBN特征。制备了... 针对目前大面积高质量六方氮化硼(hBN)薄膜的制备与转移存在均匀性、晶粒控制、无损转移等问题,采用射频磁控溅射技术成功在2英寸硅和蓝宝石介电衬底上沉积了hBN薄膜,拉曼光谱、X射线光电子能谱表征证实了薄膜具有明显的hBN特征。制备了hBN基金属-半导体-金属型光电探测器,并探究了电极材料、薄膜厚度以及叉指电极宽度和间距对探测性能的影响。优选出的Ni电极探测器具有极低的暗电流(<3 pA@100 V),对185 nm波长光具有明显光响应,响应度和比探测率分别为2.769 mA/W和2.969×10^(9)Jones。 展开更多

关键词 真空紫外探测 六方氮化硼 磁控溅射技术 金属-半导体-金属型光电探测器

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Al_(0.66)Ga_(0.34)N日盲紫外光电探测器研究

11

作者 姜文海 陈辰 +2 位作者 周建军 李忠辉 董逊 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第S1期210-212,共3页

采用MOCVD生长的高Al含量n-AlxGa1-xN制备了金属-半导体-金属(MSM)结构紫外日盲探测器。材料为非故意掺杂n型,表面无裂缝。经三轴X射线衍射(TAXRD)对外延材料进行测试,AlxGa1-xN半峰宽(FWHM)为155arcs,显示了良好的晶体质量。经光谱响... 采用MOCVD生长的高Al含量n-AlxGa1-xN制备了金属-半导体-金属(MSM)结构紫外日盲探测器。材料为非故意掺杂n型,表面无裂缝。经三轴X射线衍射(TAXRD)对外延材料进行测试,AlxGa1-xN半峰宽(FWHM)为155arcs,显示了良好的晶体质量。经光谱响应测试,探测器存在两个峰值响应,波长分别位于255、365nm处,说明探测器同时具有日盲探测和双色探测特征。在6V偏压下255nm处响应度为0.1A/W,并以此推算出AlxGa1-xN材料的Al含量为0.66。 展开更多

关键词 金属-半导体-金属 日盲探测器 半峰宽 双色 响应度

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用于塑料光纤通信的空间调制光电探测器

12

作者 刘娜 谢生 +2 位作者 郭增笑 毛陆虹 张世林 《光通信技术》 CSCD 北大核心 2013年第11期30-33,共4页

基于UMC 0.18μm 1P6M CMOS工艺流程,设计了一种全差分输出的空间调制光电探测器(SMPD)。利用商用器件仿真器ATLAS建立了器件模型,对N-well宽度和间距进行了优化。基于优化的器件结构,对SMPD的光谱响应、带宽和瞬态特性进行了二维模拟... 基于UMC 0.18μm 1P6M CMOS工艺流程,设计了一种全差分输出的空间调制光电探测器(SMPD)。利用商用器件仿真器ATLAS建立了器件模型,对N-well宽度和间距进行了优化。基于优化的器件结构,对SMPD的光谱响应、带宽和瞬态特性进行了二维模拟。模拟结果表明,探测器在650nm处的响应度为0.23A/W,当器件有效受光面积为120μm×120μm、反偏电压为5V时,-3dB带宽约为942MHz。瞬态响应曲线表明,器件可用于1.25Gb/s数据速率的光探测。 展开更多

关键词 光电探测器 空间调制 塑料光纤 互补金属-氧化物-半导体

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薄膜光探测器绑定点的几何设计与仿真分析

13

作者 刘小龙 肖靖 +1 位作者 何敏 肖剑波 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期158-164,共7页

目前,光器件在硅基衬底上的集成是光电领域的研究热点。将基于表面张力的流体自组装技术应用于薄膜金属-半导体-金属(MSM)光探测器的集成上,其集成效果的优劣与器件绑定点的几何形状有关。为了有效预测薄膜MSM光探测器绑定点的间距和形... 目前,光器件在硅基衬底上的集成是光电领域的研究热点。将基于表面张力的流体自组装技术应用于薄膜金属-半导体-金属(MSM)光探测器的集成上,其集成效果的优劣与器件绑定点的几何形状有关。为了有效预测薄膜MSM光探测器绑定点的间距和形状对集成效果的影响,利用MATLAB对其集成过程中表面自由能的分布状况进行了仿真分析。首先,在介绍薄膜MSM光探测器的基础上,对其集成过程建立了平移和旋转仿真模型。然后,根据表面自由能与匹配度的线性关系,分别仿真出了不同间距和形状的绑定点在集成过程中匹配度的分布状况图。通过分析匹配度的斜率以及正确装配状态和误装配状态之间的关系,预测两端绑定点间距较长、绑定点形状为梯形时集成效果较好。最后,考虑到薄膜光电器件有可能需要区分正负极的情况,将其两端绑定点设计成不对称形状并进行仿真分析,尽量避免集成过程中出现正负极反接的状态。 展开更多

关键词 薄膜金属-半导体-金属光探测器 流体自组装技术 表面自由能 绑定点

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基于离心铸造法制备的CsPbBr_(3)多晶薄膜及其光电性能

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作者 云文磊 郭喜涛 +1 位作者 冯林 邓文娟 《半导体技术》 北大核心 2025年第4期358-364,共7页

金属卤化物钙钛矿因具有优异的光电特性,被广泛应用于光电探测器。然而,溶液法制备钙钛矿多晶薄膜的工艺复杂,且薄膜的连续性和致密度不高,进而影响其光电性能。使用溶液处理离心铸造法快速制备了连续且致密的CsPbBr_(3)多晶薄膜,采用... 金属卤化物钙钛矿因具有优异的光电特性,被广泛应用于光电探测器。然而,溶液法制备钙钛矿多晶薄膜的工艺复杂,且薄膜的连续性和致密度不高,进而影响其光电性能。使用溶液处理离心铸造法快速制备了连续且致密的CsPbBr_(3)多晶薄膜,采用叉指金电极构建了金属-半导体-金属结构的CsPbBr_(3)微米晶薄膜光电探测器。利用离心力增强CsPbBr_(3)微米晶粒之间的接触,形成连续且致密的高质量薄膜,最终有效地提升了CsPbBr_(3)多晶薄膜光电探测器的性能。所制备的光电探测器表现出出色的弱光电探测能力,在520 nm波长光源照射下,器件的光响应度和比探测率分别达到525 mA/W和2.8×10^(12)Jones。研究结果表明,通过离心铸造法能够有效地提高溶液处理的钙钛矿多晶薄膜的质量,进而提升其光电器件性能。 展开更多

关键词 金属卤化物钙钛矿 离心铸造法 金属-半导体-金属结构 CsPbBr_(3)多晶薄膜 光电探测器

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GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究

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作者 赵翠俭 孙素静 李小青 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期289-293,共5页

GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线是制作金属-半导体-金属(MSM)型高速光电探测器最简洁有效的光电材料之一。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备,在GaAs(111)B衬底上开展了GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究,用场发射扫描电子显微镜(S... GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线是制作金属-半导体-金属(MSM)型高速光电探测器最简洁有效的光电材料之一。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备,在GaAs(111)B衬底上开展了GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究,用场发射扫描电子显微镜(SEM)和微区光荧光谱仪(PL)对制备的GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线样品进行了测试分析。采用已优化的GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长工艺参数,主要研究了AlGaAs壳材料的生长机制,获得了高质量的AlGaAs壳材料,AlGaAs壳材料生长速率约为50 nm/min,Al的原子数分数为14%。这些结果为将来多异质结构纳米线的生长和光电探测器的制备奠定了基础。 展开更多

关键词 GAAS A1GaAs纳米线 核-壳结构 生长机制 金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 光电探测器

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基于PSPICE的光接收机电路设计与仿真

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作者 王苹 解光军 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期542-545,共4页

文章基于PSPICE通用软件,设计了一个由金属-半导体-金属Schottky势垒光探测器(MSM-PD)组成的GaAs光接收机电路,并对其进行了电路级仿真,仿真结果显示达到了设计目的。

关键词 光电集成电路 金属-半导体-金属Schottky势垒光电探测器 光接收机

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ZnO基MIS结构器件制备工艺与性能实验设计

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作者 咸冯林 徐林华 +2 位作者 郑改革 赵立龙 裴世鑫 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2022年第12期19-22,33,共5页

基于第3代氧化物半导体材料设计了一种金属-绝缘体-半导体(MIS)结构器件制备与表征的综合性实验。通过金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在C面蓝宝石衬底上合成了ZnO/ZnMgO多量子阱/ZnO结构,采用磁控溅射法分别在300、400和500℃下沉积厚度... 基于第3代氧化物半导体材料设计了一种金属-绝缘体-半导体(MIS)结构器件制备与表征的综合性实验。通过金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在C面蓝宝石衬底上合成了ZnO/ZnMgO多量子阱/ZnO结构,采用磁控溅射法分别在300、400和500℃下沉积厚度为50 nm的MgO绝缘层。采用紫外曝光、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀和电子束蒸发工艺制备了MIS结构器件,器件具有良好的整流特性。 展开更多

关键词 多量子阱 金属-绝缘体-半导体结构 光电器件

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