基于氮化铝微米线的光纤微腔干涉仪真空紫外传感特性研究

作     者：叶佳慧 

作者单位：深圳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王英

授予年度：2022年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 

主      题：真空紫外光传感 法布里-珀罗干涉仪 氮化铝微米线 

摘      要：真空紫外（VUV,10-200 nm）光的高灵敏度探测对于空间科学、辐射监测、电子工业和基础科学具有重要意义。近年来,金刚石、氮化硼和氮化铝等超宽带隙半导体凭借优越的性能引起了研究者们的广泛关注,这类半导体适合用于VUV探测领域,并能工作于高频、高温,以及抗辐射等极端特殊环境下。氮化铝（Al N）在第三代半导体中禁带宽度最大（6.2 e V,约200 nm）,而且具有优异的抗辐射性、高热稳定性和化学稳定性,是真空紫外光探测的理想材料。目前已报道的基于超宽带半导体材料的VUV光电探测器是基于传统的电学特性,在性能和应用上存在许多不足。基于上述研究思路,本文研究了氮化铝材料结构以及光学性质,设计并制备了基于氮化铝微米线的光纤端面法布里-珀罗微腔干涉仪（Al N-FPI）,并研究了其VUV光传感特性。论文主要内容如下:1.简明介绍了氮化铝微米线的合成方法,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射光谱、透射电子显微镜以及拉曼光谱以对合成的氮化铝微米线进行了表征和定性分析。利用飞秒激光烧蚀氮化铝微米线表面,通过改变飞秒激光的参数来实现微米线表面纳米结构形貌的可控性,并结合拉曼光谱分析了其演变的物理机理。2.研究了氮化铝微米线的荧光光谱,得到了352 nm（3.51e V）、692 nm（1.78e V）和794nm（1.56 e V）三条发光带,结合X射线光电子能谱分析得出氮化铝微米线内存在复合缺陷V-O,发光带均是由该缺陷中心与价带或者导带之间的跃迁引起。3.制备了基于氮化铝微米线的光纤端面法布里-珀罗微腔干涉仪（Al N-FPI）,并研究了其真空紫外传感特性。器件所达到的波长灵敏度为1.03 nm/（W/cm）,动态响应上升时间快至10μs、恢复时间约0.624 ms。针对器件的真空紫外光敏感机理进行了深入分析,得出结论:是由光注入效应引起的载流子浓度变化使得氮化铝微米线产生了带隙收缩效应,进而使得Al N微米线的折射率发生变化,从而导致了Al N-FPI的干涉峰往长波方向漂移。最后,比较了真空紫外光（193 nm）、日盲紫外光（257 nm）、可见光（514 nm）和红外光（980 nm）四个不同探测光波长下器件的响应情况,验证了Al N-FPI仅对200 nm以下的真空紫外光线性响应。