[发明专利]掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器及其应用电路模块

摘要

本发明涉及一种掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器及其应用电路模块，属于光电技术领域。本发明利用垂直刻蚀工艺把传统金属‑半导体‑金属(MSM)结构GaN紫外探测器的平面型电极进行立体嵌入设计，形成掩埋式电极的GaN MSM结构，获得高速、高灵敏度的紫外光探测传感器；针对该器件的特性，设计阻抗匹配电流‑电压转换放大电路，提升动态响应特性，获得微瓦、纳秒级入射紫外光的伏特级检测电压实时输出。本发明能实现紫外探测的电源供电、输出信号的标准化，降低应用成本，适用于电力设备放电、交通运输工具的起停、军民用火焰检测等领域。

主权项

1.掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器，其特征在于：包括衬底部分、GaN外延层、电极I和电极II；所述衬底部分位于底层，与GaN外延层相连；所述GaN外延层厚度为hGaN；所述电极I和电极II不相连，所述电极I和电极II呈交错齿状，错齿宽度为λ，错齿间距为λ，所述电极I和电极II以深度d掩埋在GaN外延层内，hGaN＞d；应用所述掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器的电流‑电压转换及放大电路，包括掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器、与其匹配的电流‑电压转换放大电路和高通滤波器；所述电流‑电压转换放大电路包括低噪声放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2和电容C3构成的阻抗匹配电流‑电压转换放大电路；所述高通滤波器包括低噪声放大器U2A、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C4、电容C5和电容C6；所述电阻R1一端与埋式电极的GaN紫外光电探测传感器的输出端串联，另一端与电容C2、电阻R4并联后的一端串联，其公共点a连接到低噪声放大器U1A的反相输入端引脚4；电容C2、电阻R4并联后的另一端连接到低噪声放大器U1A的输出端引脚1；电容C1与电阻R3并联后一端接地，另一端与电阻R2串联，其公共点b与低噪声放大器U1A的同相输入端引脚3连接，电阻R2的另一端接电源A；电阻R5、电容C4串联后，一端连接到低噪声放大器U1A的输出端引脚1，另一端接低噪声放大器U2A的同相输入端引脚3；电阻R6一端接电源B，另一端接到放大器U2A的同相输入端引脚3；电阻R7一端接到放大器U2A的同相输入端引脚3，另一端接地；电容C5与电阻R9串联后分别与低噪声放大器U2A的反相输入端引脚4和电阻R8的一端相连，电阻R8另一端与低噪声放大器U2A的输出端引脚1相连后与电容C6、电阻R10串联；电阻R10的另一端为输出端；低噪声放大器U1A和U2A均采用单电源供电，即引脚5接正电源VIN+，引脚2接地；低噪声放大器U1A实现电流‑电压转换放大，把掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器检测到的由光子转化的电流再转换为输出电压，并与掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器进行阻抗匹配；低噪声放大器U2A实现单电源供电的高通放大，截止频率和电压放大倍数由电阻R8、电阻R9和电容C5决定，提升检测信号的瞬态特性；所述掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器的电流‑电压转换及放大电路，其放大器增益由电阻R4和电阻R8调节，实现纳秒级响应，以及微安级光电流或微瓦级紫外入射光的伏特级电压转换输出。