中南大学汪炼成教授课题组:三维金属-半导体-金属AlN深紫外探测器

汪炼成,物理电子学博士,中南大学特聘教授,博士生导师,微电子科学与工程系副主任,高性能复杂制造国家重点实验室研究员。博士毕业于中科院半导体研究所, 先后在新加坡南洋理工大学,新加坡科技大学和英国谢菲尔德大学从事博士后研究工作,科研方向为第三代半导体电子/光电子器件和系统集成。

近日,中南大学汪炼成教授(通讯作者)课题组采用MOCVD 在蓝宝石(002)上外延生长了1.5 μm厚的AlN材料,AlN材料相关参数测试为电子浓度1×1014 cm-3,电子迁移率135 cm2V-1s-1,载流子寿命1×10-8
s,对应200 nm光吸收系数1×105
cm-1,XRD测试结果AlN为002面半高宽0.22度,透过率测试结果显示材料吸收波长在200 nm处急速下降。在材料参数测试完以后,作者对AlN材料进行光刻,形成叉指电极图案,然后采用ICP(ICP Power (W): 450; (RF) / 75, Cl2: 40 sccm, BCl3:
5sccmAr2: 5sccm)刻蚀深度分别为0.5 μm、1.0 μm和1.3 μm。再采用磁控溅射沉积1.4 μm厚的Ni金属,最后采用丙酮去除光刻胶和多余Ni金属得到3D-MSM器件,并且把刻蚀1.3 μm器件倒装键合在有基板电路的硅衬底上,形成背入射式FC-3DMSM器件。同时,作者也制作了未刻蚀的MSM器件作为对比。器件制作完成后,采用紫外测试系统对器件进行光电特性测试,测试系统包括光学平台、卓立汉光氘灯 (ZOLIX LSDS-30-DZ01, Spectrum: 180-400 nm, Power: 30 W)、 单色仪
(Bandpass: 5 nm),光功率计、屏蔽箱和吉时利4200 SCS参数分析仪。测试结果显示在8V偏压下FC-3DMSM、3D-MSM (0.5 μm)、3D-MSM (1 μm)光电流比未刻蚀MSM器件分别增大78%、52%、48%;在2V偏压下200 nm光波长处MSM、3D-MSM (0.5 μm)、FC-3DMSM器件响应度分别为0.0065 A/W、0.008 A/W和0.0096 A/W,3D-MSM(0.5 μm)和FC-3DMSM 器件比MSM器件响应度提高23%和47%。

由于吉时利4200 SCS 参数分析仪测试数据最小间隔为8毫秒,无法测得器件的响应时间和迟豫时间。在此基础上,我们技术团队采用APSYS半导体芯片设计软件,对实验中每个器件进行了对应的仿真计算,计算过程中采用与实验测试参数一致的设置,计算结果显示MSM器件响应时间为3.2 ns,迟豫时间为5.77 ns。3D-MSM(0.1 μm)、3D-MSM(0.2 μm)、3D-MSM(0.5 μm)、FC-3DMSM(1.3 μm)、FC-3DMSM(1.4 μm)器件响应时间分别为2.94 ns、2.91 ns、2.61 ns、2.90 ns和2.93 ns,迟豫时间分别为5.77 ns、4.2 ns、4.12 ns、2.92 ns和2.97 ns。3D-MSM(0.5 μm)器件上升时间比MSM器件提升了18.4%,迟豫时间减小了48%。

相关成果以“Three-dimensional metal–semiconductor–metal AlN deep-ultraviolet detector”为题发表于Optics Letters上(Vol. 45, No. 12 /
15 June 2020)。

图文介绍:
中南大学汪炼成教授课题组:三维金属-半导体-金属AlN深紫外探测器_第1张图片
中南大学汪炼成教授课题组:三维金属-半导体-金属AlN深紫外探测器_第2张图片
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