近日，由國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CSA）與第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）主辦，南方科技大學(xué)微電子學(xué)院與北京麥肯橋新材料生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司共同承辦的第十七屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA 2020）暨2020國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS 2020）在深圳會(huì)展中心召開。
期間，由山西中科潞安紫外光電科技有限公司、中微半導(dǎo)體設(shè)備（上海）股份有限公司共同協(xié)辦的“固態(tài)紫外器件技術(shù)分會(huì)”上，湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授黎明鍇分享了Hf摻雜SnO2實(shí)現(xiàn)高性能日盲紫外光探測(cè)器的研究進(jìn)展。
SnO2常用于透明導(dǎo)電電極，但是其本征帶隙只有3.6 eV，難以實(shí)現(xiàn)日盲紫外光探測(cè)器。同時(shí)，大量文獻(xiàn)報(bào)道其在用作光電探測(cè)器時(shí)存在嚴(yán)重的持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)和較大的暗電流。這嚴(yán)重制約了其在光電器件方面的應(yīng)用。
研究利用脈沖激光方法在c面藍(lán)寶石襯底上制備了高質(zhì)量的SnO2和Hf0.38Sn0.62O2外延薄膜。XRD測(cè)試表明，Hf能完全溶入SnO2形成合金，沒(méi)有出現(xiàn)相分離。同時(shí)透射光譜測(cè)試顯示，Hf的摻入將SnO2的光學(xué)帶隙從4.1 eV拓展到4.9 eV，從而滿足對(duì)日盲紫外光探測(cè)的要求。
通過(guò)在樣品表面沉積間距為10 μm的平行Al電極，研究對(duì)SnO2和Hf0.38Sn0.62O2的電導(dǎo)特性進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試。I-V測(cè)試顯示Al在這兩種薄膜表面都形成歐姆接觸。同時(shí)，摻雜了38%Hf的薄膜顯示出非常低的電導(dǎo)率，在20 V偏壓下暗電流為0.2 pA，相對(duì)SnO2樣品的0.16 mA降低了約9個(gè)數(shù)量級(jí)。這是由于Hf的摻入提高了O空位的形成能，降低了O空位濃度，同時(shí)使得O空位的施主能級(jí)變深，從而降低了薄膜的背景載流子濃度。
對(duì)MSM器件的紫外光響應(yīng)特性進(jìn)一步的研究，結(jié)果顯示Hf0.38Sn0.62O2基的MSM日盲紫外光探測(cè)器的截止波長(zhǎng)為290 nm，光暗比達(dá)到了1580倍，最高光響應(yīng)度約為14 mA/W，光響應(yīng)度峰值為260 nm，光響應(yīng)時(shí)間約為50 ms。相對(duì)于SnO2基的紫外光探測(cè)器，截止波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向?qū)崿F(xiàn)了有效移動(dòng)，從而滿足日盲紫外光探測(cè)器的要求。
另外光暗比也得到了極大的提高。特別值得注意的是，響應(yīng)時(shí)間從SnO2基的紫外光探測(cè)器的數(shù)百秒降低到了50 ms。這是由于SnO2薄膜中有大量的O空位導(dǎo)致持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)非常嚴(yán)重，在光照開啟后光電流經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間也很難達(dá)到飽和，同時(shí)在關(guān)閉光照后響應(yīng)電流的下降速度也很慢，難以降低到暗電流水平。通過(guò)摻雜Hf后，O空位濃度降低，同時(shí)相應(yīng)的施主能級(jí)變得更深，從而極大地減弱了與其相關(guān)的持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)。
該工作通過(guò)Hf摻雜SnO2不僅拓寬了其帶隙，而且降低了其背景載流子濃度，極大提升了光電響應(yīng)速度，為實(shí)現(xiàn)日盲紫外光探測(cè)器并拓展其在超寬禁帶半導(dǎo)體器件方面的應(yīng)用有著十分重要的意義。
（內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料整理，如有出入敬請(qǐng)諒解）
