近日，由國家半導體照明工程研發(fā)及產業(yè)聯(lián)盟（CSA）與第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）主辦，南方科技大學微電子學院與北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司共同承辦的第十七屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA 2020）暨2020國際第三代半導體論壇（IFWS 2020）在深圳會展中心召開。
期間，由山西中科潞安紫外光電科技有限公司、中微半導體設備（上海）股份有限公司共同協(xié)辦的“固態(tài)紫外器件技術分會”上，湖北大學材料科學與工程學院教授黎明鍇分享了Hf摻雜SnO2實現(xiàn)高性能日盲紫外光探測器的研究進展。
SnO2常用于透明導電電極，但是其本征帶隙只有3.6 eV，難以實現(xiàn)日盲紫外光探測器。同時，大量文獻報道其在用作光電探測器時存在嚴重的持續(xù)光電導效應和較大的暗電流。這嚴重制約了其在光電器件方面的應用。
研究利用脈沖激光方法在c面藍寶石襯底上制備了高質量的SnO2和Hf0.38Sn0.62O2外延薄膜。XRD測試表明，Hf能完全溶入SnO2形成合金，沒有出現(xiàn)相分離。同時透射光譜測試顯示，Hf的摻入將SnO2的光學帶隙從4.1 eV拓展到4.9 eV，從而滿足對日盲紫外光探測的要求。
通過在樣品表面沉積間距為10 μm的平行Al電極，研究對SnO2和Hf0.38Sn0.62O2的電導特性進行了詳細測試。I-V測試顯示Al在這兩種薄膜表面都形成歐姆接觸。同時，摻雜了38%Hf的薄膜顯示出非常低的電導率，在20 V偏壓下暗電流為0.2 pA，相對SnO2樣品的0.16 mA降低了約9個數(shù)量級。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，同時使得O空位的施主能級變深，從而降低了薄膜的背景載流子濃度。
對MSM器件的紫外光響應特性進一步的研究，結果顯示Hf0.38Sn0.62O2基的MSM日盲紫外光探測器的截止波長為290 nm，光暗比達到了1580倍，最高光響應度約為14 mA/W，光響應度峰值為260 nm，光響應時間約為50 ms。相對于SnO2基的紫外光探測器，截止波長向短波長方向實現(xiàn)了有效移動，從而滿足日盲紫外光探測器的要求。
另外光暗比也得到了極大的提高。特別值得注意的是，響應時間從SnO2基的紫外光探測器的數(shù)百秒降低到了50 ms。這是由于SnO2薄膜中有大量的O空位導致持續(xù)光電導效應非常嚴重，在光照開啟后光電流經過很長時間也很難達到飽和，同時在關閉光照后響應電流的下降速度也很慢，難以降低到暗電流水平。通過摻雜Hf后，O空位濃度降低，同時相應的施主能級變得更深，從而極大地減弱了與其相關的持續(xù)光電導效應。
該工作通過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速度，為實現(xiàn)日盲紫外光探測器并拓展其在超寬禁帶半導體器件方面的應用有著十分重要的意義。
（內容根據(jù)現(xiàn)場資料整理，如有出入敬請諒解）
