[发明专利]一种微米线阵列、雪崩紫外探测器和雪崩紫外探测器系统

说明书

本发明公开了一种微米线阵列、其制备方法、其制备的雪崩紫外探测器和雪崩紫外探测器系统，所述微米线阵列包括阵列排布的若干核壳结构微米线，所述核壳结构微米线包括线型核层半导体和壳层半导体，所述线型核层半导体与壳层半导体构成异质结。其制备方法包括如下步骤：首先利用二次电解法制备AAO模板，采用自催化的CVD方法为主，利用碳热还原法在周期孔状结构的AAO模板上合成制备异质结所需要的ZnO、Ga₂O₃、SnO₂等微米线。制备方法成本较低、工艺较为简单。在微米线阵列的基础上，将电极材料与微米线的核层和壳层分别形成欧姆接触，制备异质结雪崩紫外探测器。然后结合光学设计及成熟的信号放大电路，制造出可便携式、具有较高灵敏度的雪崩紫外探测器系统。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件技术领域，更具体地，涉及一种微米线阵列、其制备方法、其制备的雪崩紫外探测器和雪崩紫外探测器系统。

背景技术

紫外光电探测器是紫外探测技术的核心技术之一，其性能指标的好坏直接影响到读出电路及其后续放大电路的设计，进而影响到整个探测系统的精密度。因此，研制高性能的紫外探测器是广大科技工作者永恒不变的追求和努力的方向。目前成熟商用的紫外探测器主要有硅基紫外光电二极管和光电倍增管两种。但硅基紫外光电二极管需工作在低温环境下，量子效率较低，空间抗辐照性能较差，而且在可见光区有很强的吸收，另外需要附带昂贵的滤波组件，增加了探测系统的成本和体积。光电倍增管不仅量子效率低、而且在工作的过程中需要外加高压电源，显得体积笨重、容易损坏。因此低成本、高效率和小巧轻便的需求促使人们把目光转向了第三代宽禁带半导体。

在众多宽禁带半导体材料中，GaN和SiC基紫外光电探测器的相关技术发展比较成熟，目前已经小规模商品化，尤其是GaN基光电探测器，通过不同Al 组分的掺入，其工作范围(探测截止波长)可以覆盖全部UVA、UVB及大部分 UVC波段(3.4eV-6.2eV)。不过由于GaN基半导体材料的缺陷密度较高，器件的噪声等效功率也较高，不利于微弱信号的探测。而在绝大多数场合，紫外探测的信号都十分微弱，只有探测器本身拥有较强的自放大能力，才能保证探测系统在后续信号处理时具有较高的信噪比。因此开发研制一种具有高增益自放大功能的紫外光电探测器成为本领域研究的热点。

目前拥有自放大能力的光电探测器件主要有两种：其一是光导型光电探测器，另外一种是是雪崩光电二极管(APD)。光导型紫外光电探测器是一种具有内部光电流增益的半导体光电子器件，其高量子效率的获得来源于器件内有源区半导体中的少数载流子陷阱效应而引起的光电导增益，器件通常响应度很高，信噪比也较高，但是由于持续光电导效应，器件的响应时间非常长，这严重制约了器件综合性能的提高，限制了其应用范围。APD紫外光电探测器是另一种具有内部光电流增益的光电子器件，其高量子效率的获得主要是源于光生载流子在反向偏压达到一定值时，耗尽层内将产生碰撞电离效应，从而导致光电流的雪崩倍增。自从1953年KG麦克凯等人报道了Si/Ge的PN结在接近击穿时的光电流倍增现象，人们逐渐发现这种器件可兼有高速、低暗电流、高量子效率和良好增益性能等诸多优点，随后APD引起了各国研究者的高度重视，并且在世界范围内掀起了研究的热潮。然而由于载流子的碰撞电离是一个复杂的随机过程，每一个载流子在耗尽层内所获得的雪崩增益都可以有广泛的几率分布，从而影响器件的整体性能。因此，高效稳定APD紫外探测器的实现不但对材料的选取有着严格的要求，而且对器件的结构设计也提出了更精准的参数限制，这些问题成为本领域研究的重点和难点。