紫外光电探测器的发展研究

紫外光电探测器无论在军用还是民用领域均有广泛应用,详细阐述了紫外光电探测器的用途和原理,比较了宽禁带半导体紫外探测器、紫外光电倍增管和Si基紫外探测器的优劣,并重点介绍了不同结构类型的宽禁带半导体紫外探测器与几种提高器件性能的方法。     

高灵敏度宽禁带半导体紫外探测器

以碳化硅(SiC)和Ⅲ族氮化物为代表的宽禁带半导体是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料,具有禁带宽度大、导热性能好、电子饱和漂移速度高以及化学稳定性优等特点,用于工作于紫外波段的光探测器件具有显著的材料性能优势.宽禁带半导体紫外探测器的主要应用包括:国防预警、环境监测、化工和生化反应的光谱分析和过程检测、以及天文研究等.本文主要回顾近年来南京大学在此方面开展的一些代表工作,所涉及到的典型器件有:具有极低暗电流的AlGaN基日盲MSM紫外探测器、高量子效率AlGaN基日盲雪崩光电探测器、以及SiC基可见光盲紫外单光子探测器.     

不同电极材料MSM紫外探测器性能研究

金属-半导体-金属(MSM)紫外探测器件在航空航天、导弹追踪、紫外杀毒等方面有广泛的应用,而金属电极的选择对器件性能影响较大。在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜,然后制作不同电极(In-In,Ni-Ni,Ni-In)MSM紫外光电探测器。3种电极探测器测试结果显示In-In电极器件具有较大的暗电流,其5～10 V偏压下暗电流在10~(-8)A量级,而Ni-Ni电极器件的暗电流在10~(-9)A量级,这归结于Ni金属具有较高的功函数,与GaN接触时,在接触面形成较高的肖特基势垒,从而降低了暗电流。不对称电极(Ni-In)器件暗电流具有不对称性。3种器件的光电流变化规律基本一致,非对称电极器件光电流比对称电极器件的大,归因于两种金属电极功函数的差异,导致器件内部存在以1个与正向偏压方向一致的内建电场。     

具有高灵敏度和快速响应的WS2/Si异质结光敏型位置探测器件

由于其优良的电输运和光吸收性能，Si半导体在研制高效光敏型位置探测器件领域获得了广泛关注和大量研究。然而，常规较大厚度（~200 μm）的晶体Si又同时具有较强的刚性和脆性等特征，无法进行弯曲操作，严重限制了它在新一代柔性光电子器件方面的应用。为此，本文报道了一种晶体Si的各向同性碱液刻蚀方法，加工形成了超薄柔性Si，并进一步采用磁控溅射技术在其表面沉积WS₂薄膜，从而成功研制出一种柔性WS₂/Si异质结光电位置探测器。得益于界面内建电场对载流子输运能力的促进作用，所制备器件在较宽光谱范围内（450~1350 nm）表现出了突出的位置敏感性能，其位置敏感度达到~539.8 mV·mm-1，响应时间仅2.3 μs。尤其是，所制备器件展现出了较强的柔性可特征:经过200个周期的弯曲后，器件性能无明显衰减。     

基于ZnO半导体纳米线膜的声表面波型紫外探测器

针对传统半导体光电探测器件结构的宽带隙半导体紫外探测器可测信号弱的问题,提出了一种基于ZnO纳米线膜的声表面波型紫外探测器。该探测器利用ZnO纳米线膜的强紫外光电响应特性和声表面波器件的灵敏的声电相互作用机制,将采用高纯锌粉的热蒸发氧化工艺制备的纤锌矿型ZnO纳米线制作在已有声表面波小波传感器上。利用光致发光谱研究发现,由于低维激子限域效应和表面效应,所制作ZnO纳米线敏感膜中的紫外光电效应优于外延ZnO半导体薄膜;同时,基于ZnO纳米线膜的声表面波式紫外探测器在紫外光辐照下该探测器的中心频率减小,损耗增大。实验研究表明该器件能够实现长波紫外光的高灵敏度探测。     

应用于433 MHz的柔性低噪声放大器设计

随着柔性电子设备在越来越多的领域得到关注，具有可延展弯曲特性的柔性电子技术已经被广泛应用于可穿戴、健康检测等新型电子设备.虽然目前国内外在高速柔性电子领域已有众多研究，但研究成果大都关注高速晶体管和高速柔性电子分立器件的设计制造，对柔性电路设计与柔性器件对电路性能的影响的研究非常有限.介绍基于PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）基板的柔性单晶硅TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)以及相同衬底工艺制作的柔性电容电感，并以此为核心设计了柔性两级低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA），最终在433 MHz的工作频率附近实现了具有13.2 dB增益、12 dBm的1 dB压缩点以及3.4 dB噪声系数的柔性低噪声放大器.讨论了柔性电容电感在弯曲态下对放大器增益以及噪声系数的影响，比较了柔性与硬质基底电路的性能差异，扩展了柔性电路在射频领域的应用，为更高频率下和更复杂结构的柔性电路设计提供了指导.     

超宽禁带二维半导体材料与器件研究进展

超宽禁带二维半导体作为二维材料研究领域的前沿之一,在紧跟第三、四代半导体朝着大带隙、大功率方向发展的同时,也为集成电路往小体积、高集成度方向的探索提供了思路.根据晶体堆积是否为范德华层状结构,超宽禁带二维半导体在材料层面的研究内容一方面是将已有的或成熟的非层状材料通过各种限制手段将第三维度压制在纳米量级,另一方面则是探索新型的范德华层状材料通过生长或剥离的方式得到其单层或少层结构.从器件层面看,超宽禁带二维半导体无论是以独立形式还是两两组合叠成异质结,形成的器件大多都以探测紫外波段的电磁辐射为目的,进一步可以做成包括成像系统、数字通讯等在内的光学传感器.若是辅助以柔性衬底,那么二维材料将发挥天然的可弯折优势,被广泛应用到柔性场效应晶体管、柔性紫外探测器、显示器等可穿戴电子器件中.而当材料有对外界刺激(如光照)表现出“记忆”特性时,说明可以将材料用于类神经突触传感或神经网络学习.此外,超宽禁带二维半导体中具有超大带隙的部分材料是极具潜力的电介质,它们往往拥有远比氧化硅大的介电常数与击穿电压,在减薄器件体积的同时也优化了器件的性能.最后,少数超宽禁带二维半导体是许多材料制备过程中的衬底,它...     

柔性储能器件的发展现状及展望

随着可穿戴、可弯曲、柔性的电子产品的发展,能为其提供高能量、高功率的柔性储能器件得到越来越广泛的关注和研究,以适应其在不同应用领域的需求。电极材料和电解质是决定柔性储能器件的关键因素之一。综述了目前电化学储能器件的柔性化发展趋势,着重介绍了锂离子电池和超级电容器的柔性化的最新进展,分析和概括了目前该领域存在的主要问题和可能的解决途径。最后从材料设计、结构优化、工艺改进等多个方面展望和分析了其未来发展方向。     

硅基阻挡杂质带红外探测材料与器件研究进展

红外探测在天文物理研究领域具有极其重要的应用前景,由于天文深空探测对象的特殊性,对红外探测器的性能要求十分苛刻.阻挡杂质带(BIB)红外探测器,因其具有响应波段宽、噪声低、灵敏度高以及抗辐射性能好等优点,在过去30年中发展成为国际上天文领域首选的红外探测器.BIB红外探测器的探测波长覆盖中红外到远红外波段,它的推广应用促进人类在天文深空探测领域取得了一系列重大的科学成果.我国在BIB红外探测器的研究起步较晚,近年来也取得了较大进展,但是与国际领先水平相比尚有较大差距.本文主要回顾、评述了过去5年多我国在BIB红外探测器领域的研究进展,对BIB红外探测材料及其相应BIB器件的制备工艺、物性表征和光电响应特性,以及表面等离激元对器件光电响应的调控等做了详尽介绍,为我国BIB红外探测器的发展提供参考和实验依据.     

有机发光器件(OLED)界面研究进展

有机发光器件(OLED)以其轻薄、柔性、可折叠、低功耗、面光源和响应快等诸多优越性能已成为下一代全彩柔性或硬底显示、固态白光照明的材料,在商业领域具有广阔的应用前景。然而,相对于液晶显示屏与LED照明,OLED的效率较低和稳定性较差,已经成为制约OLED发展的两大技术瓶颈。大量的研究工作表明,OLED的效率的稳定性与器件中的界面结构与界面特性紧密相关,为此开展OLED界面研究,探寻改善器件性能的新途径成为研究热点。首先介绍了OLED界面研究对器件性能调控的重要作用,随后结合本课题组最新的界面研究成果,分别从阳极/有机层界面、有机层/有机层界面、阴极/有机层界面和有机层内部界面等4方面介绍了OLED界面研究的最新进展,最后提出OLED界面研究的发展趋势。     

InGaAs短波红外探测器的光电机理

利用ISE TCAD仿真软件,建立了铟镓砷(InGaAs)短波红外探测器表面漏电的二维模型。在背面照射方式下,模拟研究了InGaAs短波红外探测器的表面漏电对器件暗电流、总电流、量子效率和响应率的影响。研究结果表明,表面漏电会导致器件的暗电流和总电流增大,但响应率和量子效率会降低。由此可知,表面漏电是制约InGaAs短波红外探测器性能的重要影响因素,该研究结果为器件的设计与优化提供了理论依据。     

宽禁带半导体SiC紫外光电探测器研究进展

紫外光电探测器在天气监测、火灾告警、空间探测、细胞检测以及紫外辐射测量方面有着广泛的应用，具有重要的研究价值.宽带隙半导体碳化硅(SiC)天然具有紫外波段的探测优势.近年来，随着SiC材料与器件技术的不断突破，全球诸多研究小组利用SiC研制出各种高性能紫外光电探测器.本文围绕4种典型结构的SiC紫外探测器，从新结构、新工艺、新材料几个方面总结回顾过去几十年国内外及厦门大学SiC课题组的研究历程与进展，分析目前SiC探测器研究所面临的问题与挑战，并提出相应的解决方案，阐明SiC紫外探测器未来发展的趋势以及重要的应用领域.     

GaN基p-i-n型紫外探测器光生载流子屏蔽效应模型

通过求解光生载流子连续性方程,得出GaN基p-i-n型紫外探测器耗尽层中的光生载流子密度分布.根据泊松方程计算了光生载流子屏蔽电场,并通过数值计算方法将光生载流子屏蔽电场引入器件模型,建立了光生载流子屏蔽效应模型.在此基础上,讨论了光生载流子屏蔽效应对p-i-n型探测器耗尽区光生载流子密度分布的影响,并分析了外加偏压、入射光功率以及载流子寿命对光生载流子屏蔽效应模型的影响.结果表明光生载流子屏蔽效应对器件性能的影响是非单调的,且通过调节外置偏压可以得到最大载流子漂移速度和最小器件响应时间.     

高阻硅片对紫外LED散热性能的影响研究

紫外LED因光谱单一、体积小、冷光源、无热辐射等特点逐渐取代传统汞灯,并广泛应用于油墨固化、医学光疗、消毒杀菌等领域,而功率型紫外LED器件散热问题是制约其性能提高和应用的瓶颈。基于陶瓷大功率LED封装平台制备了引入高阻硅片功率型紫外LED器件,研究发现引入高阻硅片的紫外LED的器件具有较高的光功率,但其热阻及结温均高于无硅片紫外LED,这归因于加入高阻硅片结构增加了芯片散热的传导路径。该工作对实际工业封装技术路线具有指导意义。     

白色发光OLED的制备及性能

本文介绍了OLED的原理和分类,阐述了小分子Zn(BTZ)2的掺杂型器件:ITO/PVK:TPD/Zn(BTZ)2:Rubrene/Al,柔性衬底白光OLED的制备和聚合物LPPP的混合型器件:ITO/混合型发光层/Al,进而对上述器件的性能进行了初步研究。     

基于喷墨打印技术的柔性温度传感器阵列

采用喷墨打印技术,在柔性聚酰亚胺衬底上成功制备了银温度传感器。通过离子交换技术SMIE对聚酰亚胺衬底进行表面改性,喷墨打印机打印出所需的图形作为掩膜,实现了银电阻型温度器件的制备。通过SEM、XRD等测试方式对于制备得到的银层进行了表征,并对制备得到的温度传感器性能进行了研究。研究结果表明,通过SMIE技术制备的银电阻在-20?C~200?C的测试范围内,具有较好的温度灵敏度。设计得到的这类银电阻型温度探测器(RTD)可被广泛应用于柔性电子的原位温度探测中。     

蛋白基柔性材料的介观重构及其光电子器件

自然界中的蛋白质材料具有天然丰度、多种化学成分、可调控的性能、优异的生物相容及可降解性能等特点,为柔性光电子器件的发展提供了新的机遇.然而,蛋白质化学稳定性差、机械柔性不可控等缺点使得传统加工技术难以应用在其表面,严重制约了其在柔性电子领域的应用.本文首先以丝蛋白和角蛋白为例介绍了天然蛋白材料的介观重构以及加工技术,阐述了天然蛋白质材料的多级网络结构与其物理性能的关系.在此基础上,侧重介绍它们在柔性传感、发光、晶体管及存储等器件中的应用,最后展望了蛋白基柔性材料在光电子器件发展中所面临的挑战以及发展机遇.     

天文用阻挡杂质带红外探测器

低温目标红外辐射的灵敏探测和成像在航天和深空探测中具有重要的应用价值.300 K以下低温目标的辐射强度很弱,辐射特征波长位于中远红外区.阻挡杂质带红外探测器是中远红外探测器中重要的一员,具有覆盖波段宽、灵敏度高、暗电流低、抗辐射性能高等优点,能够胜任空间技术和天文探测在中远红外波段探测的苛刻要求.本文以红外天文探测对红外探测器的应用需求作为出发点,主要就国内外红外天文学、红外天文探测器发展概况,阻挡杂质带红外探测器发展历史及其材料、器件结构等方面做了简要综述,并简明扼要地介绍了阻挡杂质带探测器的器件物理模型.     

有机场效应晶体管的研究与应用进展

有机场效应晶体管(Organic Field Effect Transistors,OFETs)是以有机半导体材料作为有源层的晶体管器件。和传统的无机半导体器件相比,由于其可应用于生产大面积柔性设备而被人们广泛的研究,在有机发光、有机光探测器、有机太阳能电池、压力传感器、有机存储设备、柔性平板显示、电子纸等众多领域具有潜在而广泛的应用前景。文中对OFET结构和工作原理做了简要介绍,之后重点讨论了最近几年来OFET中有机材料和绝缘体材料的发展状况,接着总结了OFET制备技术及其应用新领域,最后对OFET发展面临问题及应用前景做了归纳和展望。     

激光直写柔性电路的研究进展

目前柔性电子行业正处于一个重要的转型期,各种外形新颖和功能丰富的柔性电子产品不断涌现,从有限的柔性到具有形状适应性及延展性的柔性电子设备.这极大地刺激了人们对柔性电子设备的需求,在更大幅面基板上以更低的成本开发出特征尺寸更小,以及性能更好的柔性电路制造技术备受关注.在各种技术中,激光直写技术已经被证明是一种高效灵活且能够大面积生产柔性电子电路的制造方法.激光直写作为一种非光刻、非真空、在线式加工技术已经受到了越来越多的关注.其可以应用于包括热敏柔性衬底在内的各种衬底的电路电极的制造中,在生产柔性电子设备、柔性储能设备、传感器以及可穿戴电子设备等领域有着巨大的应用前景.本文对激光直写柔性电路(Laser Direct Writing of Flexible Circuit, LDWFC)技术在柔性电路制造中的最新发展进行了总结,重点介绍了激光直写技术在柔性电路制造中所适用的导电油墨材料种类和特点.从激光烧结技术、激光还原技术、激光诱导改性技术、激光辅助电路制造技术4个方面详细介绍了LDWFC加工技术.此外,本文还介绍了LDWFC在柔性储能器件、柔性传感器以及柔性显示器中的应用,并对LDWFC技术在柔性电路制造中的发展进行了展望.