基于大面積自組裝hBN薄膜的超低暗電流真空紫外光探測器

近日，“2023功率與光電半導體器件設(shè)計及集成應(yīng)用論壇”于西安召開。論壇由第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）指導，西安交通大學、極智半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)（www.casmita.com）、第三代半導體產(chǎn)業(yè)主辦，西安電子科技大學、中國科學院半導體研究所、第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟人才發(fā)展委員會、全國半導體應(yīng)用產(chǎn)教融合（東莞）職業(yè)教育集團聯(lián)合組織、西安和其光電股份有限公司等單位協(xié)辦。

紫外光探測器(PDs)在軍事預(yù)警系統(tǒng)、火焰監(jiān)測、光通訊等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。hBN做紫外光探測器具有諸多優(yōu)勢，物理化學性能穩(wěn)定好，抗輻射能力強，能夠適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境；熱穩(wěn)定強、熱導率高、熱膨脹系數(shù)低能夠避免器件因熱導致性能下降；禁帶寬度在5.7 eV以上，帶邊吸收系數(shù)高（7.5×105 cm-1）；介電常數(shù)低，使器件具有更低的噪聲和快的響應(yīng)速度；擊穿場強高，使器件能在高壓下工作，保證載流子高的漂移速度，有益于響應(yīng)度和速度的提升等。目前制備hBN薄膜均需要高真空、高溫、特殊氣體且對襯底要求高，一定程度上限制了hBN-PDs的制備。

期間，“平行論壇2：光電子器件及應(yīng)用”上，西安交通大學張啟凡帶來了“基于大面積自組裝hBN薄膜的超低暗電流真空紫外光探測器”的主題報告，分享了最新研究進展。

六方氮化硼(hBN)是制備真空紫外探測器(VUV PDs)最有前途的候選材料之一。然而，大面積hBN的高效、低成本制備仍然面臨許多挑戰(zhàn)。

研究提出了一種經(jīng)濟有效的方法，即快速、高效率地利用hBN納米片(BNNSs)薄膜制備高性能VUV PDs。根據(jù)hBN特有的層狀結(jié)構(gòu)，通過超聲輔助法破壞hBN層與層之間弱的范德華力，從塊體hBN中剝離出少層的BNNSs。隨后在油水界面通過自組裝技術(shù)將剝離的BNNSs組裝成大面積有序的薄膜。

目前實驗上已經(jīng)能輕松實現(xiàn)2英寸薄膜的制備。在這種薄膜中，由于每個BNNS均存在表面態(tài)，在每個相鄰的BNNSs的接觸界面存在一個結(jié)勢壘，這些結(jié)勢壘主導著薄膜的電阻率。薄膜中的電子的傳輸需要跨過結(jié)勢壘，從而導致大量的電子被結(jié)勢壘消耗，器件表現(xiàn)出超低的暗電流。光照產(chǎn)生的載流子能夠降低表面勢，使結(jié)勢壘高度降低，從而增強電流的強度。

審核編輯：劉清