《硅锗薄虚拟衬底上的砷化镓光电探测器》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: Lightfeng
  • 发布时间:2019-12-29
  • 总部位于阿拉伯联合酋长国的研究人员已使用硅上锗模板生产砷化镓(GaAs)金属-半导体-金属(MSM)光电探测器。还希望将III-V材料单片集成到硅片上,以降低成本,并提高产量和产量,并进一步与主流的互补金属氧化物半导体(CMOS)电子器件和硅光子学平台结合使用。

    不匹配的晶格和热膨胀参数会阻碍III-V材料在硅上的沉积。在他们的工作中,研究人员使用的锗层比通常用于桥接硅和III-V半导体的?10μm渐变硅锗层薄得多。

    硅锗模板或“虚拟衬底”由在(100)硅上的700nm射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD)层组成。GaAs来自金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,涉及叔丁基ter(TBA)和三甲基镓(TMGa)前驱体。

    在GaAs沉积之前,将Ge表面分别在400℃和700℃下烘烤5分钟和10分钟。这些热处理的目的是在不引入反相边界(APB),位错和堆垛层错的情况下实现从非极性Ge到极性GaAs的转变。研究人员将这种处理方法描述为“在开始沉积GaAs之前,增加双原子步骤的密度,吸附Ge原生氧化物并提高表面质量的重要步骤。”

    GaAs分两步沉积:在500°C下持续5分钟,形成种子层,然后在550°C进行其余的生长。器件层是未掺杂的,旨在实现固有的导电性能,以实现低压操作。实际上,锗在GaAs层中的相互扩散会引入陷阱态并扩展缺陷,从而以5x1017 / cm2的空穴浓度提供p型导电,从而导致约200mΩ/平方的薄层电阻。

    清洁GaAs表面并进行氧等离子体处理,然后用1-2nm溅射氧化铝(Al2O3)钝化,该钝化目标是与高质量的肖特基接触。蒸发的铬(Cr)和金(Au)用作MSM光电探测器的金属触点。

相关报告
  • 《最薄的光电探测器在韩问世》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:姜山
    • 发布时间:2017-01-10
    • 韩国基础科学研究院YU Woo Jong率领的研究团队利用二硫化钼(MoS2)与石墨烯形成的三明治结构,开发出世界上最薄的光电探测器,厚度仅为1.3 nm,是当前标准的硅二极管的1/10,有望用于物联网、智能设备、可穿戴电子产品和光电子产品等。 研究人员在两个石墨烯薄层之间放置一层二维半导体MoS2,并置于Si衬底上。实验意外发现,当光线照射时,有光电流产生。通过对比一层MoS2和七层MoS2器件,并测试其作为光电探测器的性能表现,结果显示,带有一层MoS2的器件吸收的光更少,但光响应度更高。研究人员认为,这不能用经典电磁理论解释,而要用到量子物理学知识。当光束照射时,MoS2的部分电子升至激发态,流过器件产生电流。为了通过MoS2与石墨烯的边界,电子需克服能垒(通过量子隧穿),而这是单层MoS2器件相比于多层器件的优势所在。
  • 《硅基单片砷化铟锑化物中红外光电探测器》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2019-02-24
    • 英国兰卡斯特大学和华威大学在硅片上集成了单片砷化铟锑(InAsSb)中红外(MIR)光电探测器。这些器件采用“II型”结构,砷化铝镓化合物电子阻挡势垒夹在n型InAs / InAsSb超晶格(SLs)之间,形成“nBn”能带结构,提供了一个电子屏障和一个空穴屏障。 研究人员发现,3-5μm波长的MIR光谱范围内,硅光子学和热电冷却检测系统具有成本效益。以大面积焦平面阵列和MIR集成光子电路形式的低成本超紧凑系统将在气体传感、防御和医疗诊断中得到应用。 MIR系列中常用的材料是碲化汞镉(HdCdTe)合金。其装置生产成本高,需要低温冷却以减少暗电流。而nBn结构采用位于窄带隙吸收和接触层之间的宽带隙阻挡层,阻挡多数载流子的流动,而不是少数载流子。小偏压几乎完全落在分隔光生载流子的屏障上,这几乎完全消除了窄间隙材料中的电场,这极大地抑制了与结相关的Shockley-Read-Hall (SRH)暗电流,因此与传统的p-i-n光电二极管相比可有更高的工作温度。 材料生长开始于在4°切割的硅(100)晶片上通过490℃固体源分子束外延(SS-MBE)生长的17单层AlSb成核。成核包括优化的90°界面错配位错阵列,以促进缺陷的横向而非垂直传播。 不匹配的间距约为3.35nm。 经测试发现硅上生长的大量InSb探测器和在GaAs上生长的InAs / GaSb SL情况有所改善。这可归因于改善的GaSb / Si缓冲层的结构质量,以及InAs / InAsSb SL nBn设计提供的降低的缺陷灵敏度。