立方氮化硼单晶真空紫外光电探测器的研究

真空紫外光电探测器在国防、天文学、航空航天、宇宙空间探测等诸多领域具有重要的应用价值和应用前景。但由于受到禁带宽度等限制，能够在真空紫外波段有效工作的半导体材料比较缺乏。立方氮化硼是一种人工合成的宽禁带半导体材料，其禁带宽度高达6.4eV，本征吸收限约为193nm，具有很高的热导率和电阻率，抗氧化和抗高能粒子辐射能力很强，拥有极高的热稳定性和化学稳定性，因而是制作真空紫外光电探测器的理想材料。本项目就是要以高温高压法合成的片状立方氮化硼单晶为基底，研制出响应度大于50mA/W、高性能的MSM型真空紫外光电探测器。与薄膜材料相比，立方氮化硼单晶材料的晶相更纯，缺陷更少，无晶界影响，因而有望研制出灵敏度更高的真空紫外光电探测器。用立方氮化硼单晶材料制作真空紫外光电探测器的报道目前还未见到。立方氮化硼真空紫外光电探测器有望作为一个像素单元，构成大面积紫外光电探测器列阵，从而得到更为广泛的应用。

立方氮化硼（cBN）是一种人工合成的宽禁带半导体材料，其禁带宽度高达6.4eV，是禁带宽度最大的III-V族化合物，具有很高的热导率和电阻率，抗氧化和抗高能粒子辐射能力很强，拥有极高的热稳定性和化学稳定性，因而是制作真空紫外光电探测器的理想材料。本项目就是要以高温高压法合成的片状cBN单晶为基底，研制出MSM 型真空紫外光电探测器。目前合成的cBN晶体尺寸较小(横向尺寸约0.5mm)，杂质和缺陷较多，为制作高性能真空紫外光电探测器带来了困难。用立方氮化硼单晶材料制作真空紫外光电探测器的报道目前还未见到。. 我们严格执行了项目预期的研究计划，深入开展了各项研究工作，取得了较好的研究成果。我们通过金相显微镜观察，发现了一种区分具有颜色分区的片状cBN晶体B、N面的方法，研究了表面极性对cBN晶体的化学腐蚀、XPS、Raman光谱、表面电导等影响。研究了cBN的金半接触特性，发现Au、Ag与cBN能形成欧姆接触，而Al、Cr、Ti、In、W等与cBN为肖特基接触。采用XPS分析得知非故意掺杂的cBN单晶中存在较多的受主杂质C和施主型缺陷N空位，测试了杂质和缺陷的电离能。采用ATLAS软件，对cBN真空紫外光电探测器进行了设计和模拟，模拟了电极结构和杂质浓度等对器件性能的影响，在此基础上研制出MSM结构cBN真空紫外光电探测器的原型器件，响应截止波长小于248nm。由于存在杂质和缺陷，暗电流达到几十~几百纳安。以30W氘灯为光源，在大气环境下光电流与暗电流比值大于50倍。为了消除杂质与缺陷的影响，研究了cBN薄膜的制备，希望在cBN单晶上外延一层高质量的cBN薄膜。开展了cBN掺杂研究，希望降低欧姆接触电阻，并实现PN结型或PIN型cBN紫外光电探测器。此外，还测量了cBN晶体的二阶非线性极化率，开展了双光子响应等方面的研究工作。. 结合上述研究工作，我们发表了12篇被SCI或EI检索的学术论文，发表国际会议论文2篇，国内会议论文11篇。有3名博士生毕业并取得博士学位，3名硕士生毕业并取得硕士学位。