Ga₂O₃ MISM光二极管阵列具有HfO₂绝缘体,可以实现20fA的暗电流,用于太阳盲成像

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 光电学是指光电子产品.
• 半导体设备 半导体设备

背景情况:

• 传统的氧化物 (Ga2O3) 金属-半导体-金属 (MSM) 光探测器表现出高暗电流,限制了它们在深紫外线 (DUV) 成像应用中的灵敏度.
• 需要改进的光探测器架构来克服这些局限性,并实现高性能DUV成像.

研究的目的:

• 开发和描述一种基于Ga2O3.3的新型金属绝缘体半导体金属 (MISM) 光探测器.
• 为了证明超薄HfO2绝缘体在减少暗电流和提高DUV检测性能指标方面的有效性.

主要方法:

• 在Ga2O3基板上使用超薄的HfO2绝缘层制造MISM光探测器.
• 描述设备的电气和光响应特性,包括暗电流,响应能力和噪声等效功率.
• 基于用于DUV成像的MISM架构的16x16焦平面阵列的评估.

主要成果:

• 与传统的MSM设备相比,在5V下实现了大约20fA的超低暗电流,比传统的MSM设备减少了两个数量级.
• 证明了卓越的性能,响应率为2188 A/W,噪声等效功率为1.06 × 10^-16 W/Hz^1/2,光与暗电流比超过300.
• HfO2层有效地抑制了电子泄漏和被动化表面陷,提高了载体收集效率.
• 一个16x16焦平面阵列在低DUV照明 (100nW/cm^2) 下表现出优异的图像对比度和空间分辨率.

结论:

• 具有HfO2绝缘体的新型MISM光探测器架构显著克服了传统Ga2O3 MSM设备的局限性.
• 这种MISM结构为开发下一代高灵敏度DUV成像系统提供了可扩展的途径.
• 工程HfO2层在通过屏障效应和表面被动化实现卓越性能方面发挥着至关重要的作用.