β-Ga2O3光电探测器低温电子辐射效应研究

作     者：王圣环 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王天琦

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：β-Ga2O3光电探测器 TCAD 光暗电流比 光响应度 

摘      要：由于在极端低温和辐照环境下氧化镓材料具有良好的鲁棒性,本文利用氧化镓材料制作日盲型紫外光电探测器,研究其在空间极端低温及辐照环境下的光学和电学特性。采用低温与辐照协同作用,结合原位在线测试技术,探究β-GaO光电探测器的主要光电特性在低温和电子辐照下的变化规律,通过缺陷分析方法对此变化规律进行理论分析。同时,开展光电探测器低温和电子辐照TCAD仿真模拟研究,仿真结果和试验结果具有较高的吻合度,对后续研究工作具有重要的指导意义。低温效应研究结果显示,随着温度的升高,β-GaO光电探测器的光电流和暗电流总体呈现先增大,后减小的趋势,峰值出现在180K温度点;365nm光照射下的探测器的光暗电流比随着温度的升高而逐渐升高,最多提高了960%,而254nm下的光暗电流比则下降了至少82%。此外,β-GaO光电探测器的光响应度的峰值随着温度的降低而发生后移。通过光致发光的方法对β-GaO材料进行缺陷表征,结果显示,温度升高会导致β-GaO中缺陷数量的增加,从而导致β-GaO光电探测器的响应速度变慢。电子辐照效应研究结果显示,随着电子注量的增加,β-GaO光电探测器的光电流和暗电流都会有着一定程度的增加。但是由于高电子注量下的淬灭效应,当电子注量达到一定值时,这种增加的趋势变缓,直至饱和甚至出现下降。在无光照条件下,由于电子辐照能够在β-GaO中产生正电荷陷阱,导致β-GaO光电探测器暗电流的最小值随着电子注量的增加而沿着电压轴负方向发生偏移。在365nm光照下,电子辐照导致β-GaO中V缺陷浓度增大,从而导致光电探测器的光暗电流比最多提高了97%,光响应度最多提高了383%。在254nm光照条件下,电子辐照引起β-GaO禁带宽度发生变化,以及(V+V)、V和(O)缺陷浓度的下降,从而导致光电探测器的光暗电流比最多降低了86%,光响应度最多降低了59%。低温电子辐照效应研究结果显示,随着电子注量的增加,β-GaO光电探测器在无光照和365nm光照下的电流几乎无变化,而254nm光照下的光电流的变化趋势和常温辐照一致,但是幅度显著降低。常温辐照下β-GaO光电探测器的电流在电子辐照下最多降低了75%,而低温辐照则最多降低了32%。这表明低温会显著的抑制电子辐照对于β-GaO光电探测器的影响。