4H-SiC紫外光电探测器光电特性随温度变化的研究

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随着空间科学的发展,航空航天及太空环境监测等领域要求光电探测器能够在较宽的温度范围内保持良好的性能,然而半导体器件的性能受温度的影响很大,因此研究光电探测器的光电特性随温度变化特点,尤其是低温下的变化特点具有重要的理论和实际意义。用4H-SiC制备的紫外光电探测器在室温下表现出优良的紫外探测性能,本文介绍了在300-60K温度范围内,4H-SiC紫外光电探测器的暗电流和相对光谱响应随温度的变化特性。   将被测探测器置于由液氦制冷的闭循环冷却系统,调节温度从300K逐渐降低到60K。当探测器温度恢复到室温时,被测探测器未出现损坏,仍能够正常工作。   实验观察到随着温度的降低,探测器的暗电流和相对光谱响应都逐渐减小。温度从300K降低到60K时,被测探测器相对光谱响应的谱形发生了改变,不同波长入射光产生的光电流随温度降低而减小的速率有所不同,相对于短波长入射光的相对光谱响应,中长波长的入射光产生的相对光谱响应受温度影响较大。另外,被测探测器的响应波长范围略有缩小。   本文从两方面对相对光谱响应的温度特性进行了探讨,一方面从p-i-n结构紫外光电探测器光谱响应的理论计算出发,发现少子扩散系数,表面复合速度和界面复合速度的温度特性,都能够引起被测探测器光谱响应的改变,但考虑到被测探测器的结构参数,并结合理论计算,这些因素对相对光谱响应强度的影响都是有限的。   另一方面从4H-SiC材料本身特点,如材料缺陷,能带结构等方面出发,研究影响器件光电转换效率的因素。随着温度的降低,半导体材料缺陷陷阱对光生电子空穴对束缚几率的增加和声子数量的减少,都可以引起被测探测器相对光谱响应强度的减弱。而4H-SiC吸收系数随温度降低而减小,使更多的高能量光子深入到空间电荷区被吸收,并在强电场作用下形成光电流,因此,短波长部分的相对光谱响应表现为受温度的影响不大。   另外,4H-SiC材料的能带结构随温度降低发生改变,由直接跃迁吸收产生的激子的产生几率有可能增加,可能是导致相对光谱响应短波长部分的光谱曲线向长波长方向移动的原因;而4H-SiC禁带宽度随温度降低而变宽,使相对光谱响应减弱的同时,使长波长部分的光谱曲线向短波长方向移动。因此,被测探测器的响应波长范围略有缩小。  
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