半導體照明網訊：高性能半導體極紫外（EUV）探測器是新一代EUV光刻機、等離子體物理、太陽活動觀測，以及系列大科學裝置等領域所急需的關鍵部件。EUV探測器主要針對10-121 nm極紫外譜段光波的劑量與能量探測，由于EUV光子在半導體材料中的穿透深度極淺且光子能量高，導致傳統Si基紫外探測器在EUV波段的探測效率偏低且器件性能極易發生退化。因此，研制探測效率高、抗輻射能力強和溫度穩定性好的新型EUV探測器一直是學術界和產業界亟待解決的關鍵問題。以SiC為代表的寬禁帶半導體具有本征載流子濃度低、臨界位移能高、可見光盲等系列材料性能優勢，是制備新一代半導體EUV探測器的優選材料。
圖 1 EUV和VUV波段在電磁波頻譜中的分布。
近日，南京大學陸海和張榮教授團隊在前期研究基礎上，創新設計出一種表面梯度摻雜誘導δn-i-p超淺結SiC二極管，并通過開發選區刻蝕、高溫氧化修復與低溫金屬化工藝，成功實現了國際首支寬禁帶半導體pn結型EUV探測器（圖2(a)）。數值仿真及實驗結果證明濃度梯度摻雜形成的δn-i-p結構可以在探測器表面誘導產生與器件內部pn結區電場方向一致的強電場（圖2(b)），從而有效減少光生載流子在器件表面死區中的復合損失，大幅提升器件的探測效率。系列片上表征以及封裝測試證明該EUV探測器具有接近理論極限的探測效率優勢；同時，相較于肖特基結型探測器，pn結受界面態、漏電流及環境溫度變化的影響小，性能更加穩定。如圖2(c)所示，該大尺寸EUV探測器在室溫下的暗電流僅為1pA@-10V，具備探測微弱光信號的優越性能；同時，器件在150°C高溫下的暗電流也僅為2pA@-10V，具備在高溫環境中工作的應用潛力; 探測器在13.5 nm EUV光輻照下的光電流不隨偏置電壓發生變化，證明器件能夠在光伏模式下工作。
此外，該器件在光伏模式下的量子效率高達960%@13.5nm，接近SiC EUV探測器的理論極限（圖2(d)）。相關研究成果于2022年5月以“4H-SiC δn-i-p extreme ultraviolet detector with gradient doping-induced surface junction”為題在線發表在IEEE Electron Device Letters 43:906, 2022；其中博士研究生王致遠為論文第一作者，通訊作者為陸海教授。
此外，該器件在光伏模式下的量子效率高達960%@13.5nm，接近SiC EUV探測器的理論極限（圖2(d)）。相關研究成果于2022年5月以“4H-SiC δn-i-p extreme ultraviolet detector with gradient doping-induced surface junction”為題在線發表在IEEE Electron Device Letters 43:906, 2022；其中博士研究生王致遠為論文第一作者，通訊作者為陸海教授。
圖 2 SiC δn-i-p EUV探測器 (a) 器件結構圖；(b) TCAD模擬器件表面電場分布；(c) 室溫、150°C條件下的暗電流與光電流特性曲線；(d)探測效率曲線。
南京大學團隊在寬禁帶半導體紫外探測器領域具有良好的研究基礎，已實現多類型高性能半導體紫外探測器的規模化推廣應用。團隊自2011年起就開展了200 nm以下短波紫外探測器的研制工作，于2013年首先實現了探測波長低至140 nm 的大感光面寬禁帶AlGaN基真空紫外探測器（Chinese Physics Letters 30:117301, 2013），這是國內公開報道的第一只半導體真空紫外探測器；在此基礎上，該團隊進一步發展了探測波長低至5 nm的高量子效率EUV探測器技術，于2020年報道了高性能柵條型橫向結SiC EUV探測器（IEEE Photonics Technology Letters 32:791, 2020）。近年來，南京大學團隊積極推進技術成果轉化，已逐步向國內外若干家大型公司批量供應真空紫外和極紫外探測器，用于大型半導體裝備研發。
新書推薦：
國家出版基金項目 《寬禁帶半導體紫外光電探測器》
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出版背景：基于寬禁帶半導體的固態紫外探測技術是繼紅外、可見光和激光探測技術之后發展起來的新型光電探測技術，是對傳統紫外探測技術的創新發展，具有體積小、重量輕、耐高溫、功耗低、量子效率高和易于集成等優點，對紫外信息資源的開發和利用起著重大推動作用，在國防技術、信息科技、能源技術、環境監測和公共衛生等領域具有極其廣闊的應用前景，成為當前國際研發的熱點和各主要國家之間競爭的焦點。
我國迫切要求在寬禁帶半導體紫外探測技術領域取得新的突破，以適應信息技術發展和國家安全的重大需要。本書是作者團隊近幾年來的最新研究成果的總結，是一本專門介紹寬禁帶紫外光電探測器的科技專著。本書的出版可以對我國寬禁帶半導體光電材料和紫外探測器的研發及相關高新技術的發展起到促進作用。
內容簡介：本書從材料的基本物性和光電探測器工作原理入手，重點討論寬禁帶半導體紫外探測材料的制備、外延生長的缺陷抑制和摻雜技術、紫外探測器件與成像芯片的結構設計和制備工藝、紫外單光子探測與讀出電路技術等；并深入探討紫外探測器件的漏電機理、光生載流子的倍增和輸運規律、能帶調控方法、以及不同類型缺陷對器件性能的具體影響等，展望新型結構器件的發展和技術難點；同時，介紹紫外探測器產業化應用和發展，為工程領域提供參考，促進產業的發展。
編者團隊：本書作者都是長年工作在寬禁帶半導體材料與器件領域第一線、在國內外有影響的著名學者。本書主編南京大學陸海教授是國內紫外光電探測領域的代表性專家，曾研制出多種性能先進的紫外探測芯片；張榮教授多年來一直從事寬禁帶半導體材料、器件和物理研究，成果卓著；參與本書編寫的陳敦軍、單崇新、葉建東教授和周幸葉研究員也均是在寬禁帶半導體領域取得豐碩成果的年輕學者。本書所述內容多來自作者及其團隊在該領域的長期系統性研究成果總結，并廣泛地參照了國際主要相關研究成果和進展。
作者團隊：
院士推薦：本書系統論述了寬禁帶半導體紫外探測材料和器件的發展現狀和趨勢，對面臨的關鍵科學技術問題進行了探討，對未來發展進行了展望。目前國內尚沒有一本專門針對寬禁帶半導體紫外探測器的科研參考書，本書的出版填補了這一空白，將會對我國第三代半導體紫外探測技術的研發起到重要的推動作用。——中國科學院院士 鄭有炓
目前市面上還沒有專門講述寬禁帶半導體紫外探測器的科研參考書，該書的出版可以填補該領域的空白。本書可為從事寬禁帶半導體紫外光電材料和器件研發、生產的科技工作者、企業工程技術人員和研究生提供一本有價值的科研參考書，也可供從事該領域科研和高技術產業管理的政府官員和企業家學習參考。詳見本書目錄：
本書目錄：
第1章 半導體紫外光電探測器概述
1.1 引言
1.2 寬禁帶半導體紫外光電探測器的技術優勢
1.3 紫外光電探測器產業發展現狀
1.4 本書的章節安排
參考文獻
第2章 紫外光電探測器的基礎知識
2.1 半導體光電效應的基本原理
2.2 紫外光電探測器的基本分類和工作原理
2.2.1 P-N/P-I-N結型探測器
2.2.2 肖特基勢壘探測器
2.2.3 光電導探測器
2.2.4 雪崩光電二極管
2.3 紫外光電探測器的主要性能指標
2.3.1 光電探測器的性能參數
2.3.2 雪崩光電二極管的性能參數
參考文獻
第3章 氮化物半導體紫外光電探測器
3.1 引言
3.2 氮化物半導體材料的基本特性
3.2.1 晶體結構
3.2.2 能帶結構
3.2.3 極化效應
3.3 高Al組分AlGaN材料的制備與P型摻雜
3.3.1 高Al組分AlGaN材料的制備
3.3.2 高Al組分AlGaN材料的P型摻雜
3.4 GaN基光電探測器及焦平面陣列成像
3.4.1 GaN基半導體的金屬接觸
3.4.2 GaN基光電探測器
3.4.3 焦平面陣列成像
3.5 日盲紫外雪崩光電二極管的設計與制備
3.5.1 P-I-N結GaN基APD
3.5.2 SAM結構GaN基APD
3.5.3 極化和能帶工程在雪崩光電二極管中的應用
3.6 InGaN光電探測器的制備及應用
3.6.1 材料外延
3.6.2 器件制備
3.7 波長可調超窄帶日盲紫外探測器
參考文獻
第4章 SiC紫外光電探測器
4.1 SiC材料的基本物理特性
4.1.1 SiC晶型與能帶結構
4.1.2 SiC外延材料與缺陷
4.1.3 SiC的電學特性
4.1.4 SiC的光學特性
4.2 SiC紫外光電探測器的常用制備工藝
4.2.1 清洗工藝
4.2.2 臺面制備
4.2.3 電極制備
4.2.4 器件鈍化
4.2.5 其他工藝
4.3 常規類型SiC紫外光電探測器
4.3.1 肖特基型紫外光電探測器
4.3.2 P-I-N型紫外光電探測器
4.4 SiC紫外雪崩光電探測器
4.4.1 新型結構SiC紫外雪崩光電探測器
4.4.2 SiC APD的高溫特性
4.4.3 材料缺陷對SiC APD性能的影響
4.4.4 SiC APD的雪崩均勻性研究
4.4.5 SiC紫外雪崩光電探測器的焦平面成像陣列
4.5 SiC紫外光電探測器的產業化應用
4.6 SiC紫外光電探測器的發展前景
參考文獻
第5章 氧化鎵基紫外光電探測器
5.1 引言
5.2 超寬禁帶氧化鎵基半導體
5.2.1 超寬禁帶氧化鎵基半導體材料的制備
5.2.2 超寬禁帶氧化鎵基半導體光電探測器的基本器件工藝
5.3 氧化鎵基日盲探測器
5.3.1 基于氧化鎵單晶及外延薄膜的日盲探測器
5.3.2 基于氧化鎵納米結構的日盲探測器
5.3.3 基于非晶氧化鎵的柔性日盲探測器
5.3.4 基于氧化鎵異質結構的日盲探測器
5.3.5 氧化鎵基光電導增益物理機制
5.3.6 新型結構氧化鎵基日盲探測器
5.4 輻照效應對寬禁帶氧化物半導體性能的影響
5.5 氧化鎵基紫外光電探測器的發展前景
參考文獻
第6章 ZnO基紫外光電探測器
6.1 ZnO材料的性質
6.2 ZnO紫外光電探測器
6.2.1 光電導型探測器
6.2.2 肖特基光電二極管
6.2.3 MSM結構探測器
6.2.4 同質結探測器
6.2.5 異質結探測器
6.2.6 壓電效應改善ZnO基紫外光電探測器
6.3 MgZnO深紫外光電探測器
6.3.1 光導型探測器
6.3.2 肖特基探測器
6.3.3 MSM結構探測器
6.3.4 P-N結探測器
6.4 ZnO基紫外光電探測器的發展前景
參考文獻
第7章 金剛石紫外光電探測器
7.1 引言
7.2 金剛石的合成
7.3 金剛石光電探測器的類型
7.3.1 光電導型光電探測器
7.3.2 MSM光電探測器
7.3.3 肖特基勢壘光電探測器
7.3.4 P-I-N和P-N結光電探測器
7.3.5 異質結光電探測器
7.3.6 光電晶體管
7.4 金剛石基光電探測器的應用
參考文獻
第8章 真空紫外光電探測器
8.1 真空紫外探測及其應用
8.1.1 真空紫外探測的應用
8.1.2 真空紫外光的特性
8.2 真空紫外光電探測器的類型和工作原理
8.2.1 極淺P-N結光電探測器
8.2.2 肖特基結構光電探測器
8.2.3 MSM結構光電探測器
8.3 真空紫外光電探測器的研究進展
8.3.1 極淺P-N結光電探測器的研究進展
8.3.2 肖特基結構光電探測器的研究進展
8.3.3 MSM結構光電探測器的研究進展
