Realize o Diamond DUV Detector

O diamante, como material com banda ultra larga, alta condutividade térmica, inércia química, alta isolamento e resistência à radiação, é considerada um material candidato ideal para a fabricação de fotodetectores de DUV. O desenvolvimento de fotodetectores à base de diamantes fez algum progresso, mas a sensibilidade e o desempenho geral ainda precisam ser melhorados para atender às necessidades de aplicações práticas. Os pesquisadores estão explorando o efeito sinérgico de estados de superfície e defeitos profundos para obter fotodetectores de DUV de ganho ultra-alto que operam com baixas tensões, a fim de enfrentar os desafios da integração de chip único e promover o desenvolvimento da tecnologia de detector de DUV compatível com circuitos integrados.

 

No campo dos semicondutores de banda ultra larga, os pesquisadores estão trabalhando para desenvolver fotodetectores profundos de ultravioleta (DUV) com ganho ultra-alto, com o objetivo de obter desempenho comparável aos tubos de fotomultiplicadores (PMT). Esses detectores são cruciais para detecção e comunicação cegas na faixa de comprimento de onda de nanômetros 200-280, pois podem fornecer alta sensibilidade, alta velocidade, alta seletividade espectral, alta razão sinal / ruído e alta estabilidade. No entanto, os detectores existentes baseados em semicondutores ultra largues de banda, como Algan e Ga2O3, enfrentam desafios como alta tensão de operação, alta densidade de defeitos de treliça, segregação de fases e sensibilidade aos campos magnéticos, que limitam seu desenvolvimento adicional no desempenho.

 

A equipe liderada por Liao Meiyong, do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Materiais no Japão, demonstrou que o efeito sinérgico dos estados de superfície e defeitos profundos nos substratos de diamante de cristal único do tipo IB (SCD) podem obter fotodetectores de DUV de ganho ultra-alto (PD) com baixas tensões de operação (<5V). The overall photoresponse of diamond DUV-PD, such as sensitivity, dark current, spectral selectivity, and response speed, can be easily customized by hydrogen or oxygen termination on the SCD substrate surface. Under 220 nm light, the DUV response rate and external quantum efficiency exceed 2.5 × 104 A/W and 1.4 × 107%, respectively, which is comparable to PMT. The DUV/visible light suppression ratio (R220 nm/R400 nm) is as high as 6.7 × 105. The depletion of two-dimensional hole gas by deep nitrogen defects provides low dark current, and the filling of ionized nitrogen under DUV irradiation generates a huge photocurrent. The synergistic effect of surface states and intrinsic depth defects has opened up the way for the development of DUV detectors compatible with integrated circuits.

 

As realizações relacionadas foram publicadas em materiais funcionais avançados sob o título "Efeito sinérgico dos estados de superfície e defeitos profundos para fotodetector ultra violeta de ultra alto ganho com operação de baixa tensão".