Realizovat detektor Diamond DUV

Diamond, jako materiál s ultra širokými bandgap, vysoká tepelná vodivost, chemická inertnost, vysoká izolace a odolnost proti radiaci, je považován za ideální kandidátní materiál pro výrobu fotodetektorů DUV. Vývoj fotodetektorů na bázi diamantu dosáhl určitého pokroku, ale citlivost a celkový výkon je třeba ještě více zlepšit, aby vyhovovaly potřebám praktických aplikací. Vědci zkoumají synergický účinek povrchových stavů a ​​hlubokých defektů k dosažení ultra vysokých zisků DUV fotodetektorů, které pracují při nízkých napětích, aby se řešily výzvy integrace jednorázových čipů a podpořily vývoj technologie detektoru DUV kompatibilních s integrovanými obvody.

 

V oblasti ultra širokopásmových polovodičů se vědci pracují na vývoji hlubokých ultrafialových (DUV) fotodetektorů s ultra vysokým ziskem, jejichž cílem je dosáhnout výkonu srovnatelného s trubicemi fotomultiplikátoru (PMT). Tyto detektory jsou rozhodující pro detekci slepých a komunikace v rozsahu vlnových délek 200-280 nanometrů, protože mohou poskytovat vysokou citlivost, vysokou rychlost, vysokou spektrální selektivitu, vysoký poměr signál-šum a vysokou stabilitu. Existující detektory založené na ultra širokopásmových polovodičích, jako jsou AlGan a GA2O3, však čelí výzvám, jako je vysoké provozní napětí, hustota defektů s vysokou mřížkou, fázová segregace a citlivost na magnetická pole, které omezují jejich další vývoj ve výkonu.

 

Tým vedený Liao Meiyongem z Národního institutu materiálových věd a technologií v Japonsku prokázal, že synergický účinek povrchových stavů a ​​hluboké defekty na substráty monokrystalického diamantu typu IB (SCD) může dosáhnout ultra vysokých zisků DUV fotodetektorů (PD) s nízkým provozním napětím (<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.

 

Související úspěchy byly publikovány v pokročilých funkčních materiálech pod názvem „Synergický účinek povrchových stavů a ​​hlubokých defektů pro ultra vysoký zisk hluboký ultrafialový fotodetektor s nízkým napětím“.