近年來,，隨著導彈預警，臭氧空洞監(jiān)測等需求的提出,，日盲紫外光電探測器件的研發(fā)越來越重要,，鑒于硅材料的局限性，常用的硅基光電探測器難以滿足日盲紫外光電探測的要求,，基于寬禁帶半導體材料的日盲紫外光電探測器成為了新的研究熱點,。與AlGaN，MgZnO等寬禁帶半導體相比,，β-Ga2O3的禁帶寬度高達4.9eV,，無需合金處理就可滿足日盲紫外光電探測的技術(shù)要求，不僅可以采用熔體法制備出高質(zhì)量,，大尺寸單晶,，而且還具有較高的遷移率，較高的擊穿電場,，良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性,，成為近年來興起的重要新興寬禁帶半導體，不僅是功率半導體器件研制的重要候選材料,，也將在日盲紫外探測領(lǐng)域具有重要應用前景,。
光電材料（太陽能電池）光譜響應測試，或稱量子效率QE（Quantum Efficiency）測試,，或光電轉(zhuǎn)化效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 測試等,，廣義來說，就是測量光電材料的光電特性在不同波長光照條件下的數(shù)值,，所謂光電特性包括：光生電流,、光導等。本系統(tǒng)可對小面積探測器或者太陽能電池進行光譜響應,，外量子效率等參數(shù)進行測試,。同時也能測量探測器或者太陽能電池響應不均勻性。本裝置還可以測量太陽能電池的表面鏡反射比,，并計算太陽能電池的內(nèi)量子效率,。
Fig.1測量原理示意圖。在探測器或者太陽能電池分別照射恒定偏置輻射和波長為λ單色交變輻射,，太陽能電池接收到這兩束輻射后,，產(chǎn)生的光電流同時包含直流分量Itd和交流分量Ita(λ)，用數(shù)字電壓表和鎖相放大器分別測量這兩個分量,。在測量被測太陽電池前,，用類似的方法，用同樣光路已經(jīng)測量了標準太陽能電池的光電流Isd和Isa(λ),，標準太陽電池的短路電流Isc(AMx)和響應度Rs（λ）是已知的,，因此可以得到偏置光：
和響應度：
注意：這里的電流都是扣除了暗電流。
圖 1 測量原理示意圖
相對光譜響應度Rr(λ)為在某以波長λMAX,，通常為峰值波長,，歸一化。
在被測太陽電池測量光譜響應的同時,，用光電二極管測量太陽能電池的表面反射的光電流Itf(λ),，同樣在測量前，已經(jīng)測量了已知反射率的ρs(λ)的標準反射板的反射光電Isf(λ),，因此,，其光譜反射率ρt(λ)為：
根據(jù)已經(jīng)得到的光譜響應度和表面反射率得到太陽電池的內(nèi)量子效率：
這里λ的單位為：µm，Rt(λ)的單位A/W,。
實驗方案：
實驗設備采用的是我公司“DSR600-3110-DUV”探測器光譜響應度標定系統(tǒng)，
圖2.1“DSR600-3110-DUV”紫外探測器光譜響應度標定系統(tǒng)
該系統(tǒng)使用激光驅(qū)動的紫外增強氙燈光源,。與常規(guī)氙燈想比較,，該系統(tǒng)使用的氙燈在200-300nm光強度增強約2-5倍，主要應用于日盲探測器的測試,。
圖2.2激光驅(qū)動的紫外增強氙燈光源與常規(guī)氙燈光源能量對比
實驗分析：
3.1 Ga2O3樣品深紫外光譜響應度分析
圖3.1樣品在0.1s,，0.5s，1s,，5s延時下的信號曲線
圖3.2樣品在0.1s,，0.5s，1s,，5s延時下的信號曲線
圖3.1和3.2顯示了樣品在不同延時下信號波長的關(guān)系,。發(fā)現(xiàn)峰值波長為 240nm (5.17 eV)，而帶邊是根據(jù)曲線導數(shù)值在 275nm (4.51 eV),。分別在 0.1 s 和 5s 的延時時間下測得的峰值響應度值分別為 0.19A/W 和 0.3 A/W,，說明樣品的響應時間很慢，因此針對此類樣品的測試需要測試其響應時間,。
圖3.3 樣品的在240nm光照射下的IT曲線
圖3.3顯示了樣品的響應時間非常長,，50s左右才接近峰值。在測試過程中通過多次測試發(fā)現(xiàn)每次測試數(shù)據(jù)有差別,，分析應該是時間原因影響樣品信號強度,，從而進行IT掃描，得到樣品的響應時間,，以方便用于指導光譜響應度測試,。
3.2金剛石/Ga2O3異質(zhì)結(jié)器件測試分析
圖3.4 樣品在320nm光照射下的IT曲線
從3.4圖可以發(fā)現(xiàn),，器件在不同偏壓下有效信號（信號值減去噪音值）偏壓越大，有效信號越強,。因此后面的測試樣品都是在5V偏壓（理論的擊穿電壓）下進行,。通過數(shù)據(jù)分析得到樣品的上升時間約5s。為了保證上升時間充分測試了10s延時,，5V偏壓情況下的信號曲線,。
圖3.5 器件的在5V偏壓下，10s延時的信號曲線以及暗噪聲曲線
圖3.6 硅探測器信號值
從3.5和3.6圖可以發(fā)現(xiàn),，金剛石/Ga2O3異質(zhì)結(jié)器件的峰值波長是320nm,，在320nm器件的信號強度（0.461mA）是硅探測器（1.15uA）的信號強度的400倍。3.5圖顯示器件的暗電流比較大,，且不同時間段暗電流大小會有區(qū)別,，所以扣除暗電流會不太準確。
DSR600系列光譜響應度測試系統(tǒng),，可以對樣品的光譜響應度和量子效率進行定量分析。上述測試實驗在測試過程中不僅可以加偏壓,，還可以改變延遲時間來測試器件的性能,，在不同條件下器件性能會有所不同，通過實驗結(jié)論去驗證理論分析,，不斷改善器件工藝,，使得器件向?qū)嶋H需要的方向發(fā)展。DSR600-3110-DUV系統(tǒng)在200-300nm有較強的光強,，是針對日盲器件測試的*,。
[1] Yaxuan Liu,，Lulu Du ,，Guangda Liang， Wenxiang Mu,， Ga2O3 Field-Effect-Transistor-Based Solar-Blind Photodetector With Fast Response and High Photo-to-Dark Current Ratio,，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，2018,，39,，1696-1699
[2] 陳彥成 基于氧化鎵單晶的日盲紫外探測器特性研究，鄭州大學,，碩士學位論文
16
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務