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硅探测器材料

/silicon detector material/
条目作者陈伯良

陈伯良

最后更新 2022-01-20
浏览 155
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一种光电导型探测器材料。用于制作紫外、可见和红外辐射探测器。

英文名称
silicon detector material
所属学科
材料科学与工程

本征吸收型硅可用于制备紫外到近红外的光电二极管和三极管,硅中掺入某些杂质后可用于制造短波、中波和长波红外探测器;硅同一些金属的化合物可用于制造红外焦平面列阵。硅的禁带宽度为1.12电子伏,本征吸收波长范围从紫外到近红外,吸收系数高达105~106/厘米,是灵敏的光电探测器材料。采用电阻率高、少数载流子寿命长的硅材料,能改善光电二极管的长波光谱响应。减小PN结深度,选择适当的掺杂剂和表面浓度,能改善硅二极管的短波光谱响应,达到“紫敏”或“蓝敏”。

硅单晶中掺入锌、铟、镓等微量杂质后,利用这些杂质的激发,可以制成非本征吸收型光电导探测器。杂质电离能决定探测器的响应波长。硅掺锌(Si∶Zn)的杂质电离能为0.316电子伏,响应截止波长3.3微米,峰值量子效率20%,工作温度105开;硅掺铟(Si∶In)的杂质电离能为0.157电子伏,响应截止波长7.4微米,峰值量子效率48%,工作温度60开;硅掺镓(Si∶Ga)的杂质电离能为0.074电子伏,响应截止波长17.8微米,峰值量子效率30%,工作温度32开。硅掺锌、硅掺铟、硅掺镓材料都是P型半导体,杂质是在拉制硅单晶过程中掺入的,掺杂浓度在1016/厘米3数量级。与本征型三元系材料相比,硅掺杂虽然工作温度更低,但因较易获得大直径高纯度的均匀单晶,且硅器件工艺较成熟,因而在红外成像中得到应用。

硅表面淀积一薄层金属而形成肖特基势垒后,可用于制备紫外、可见和红外光电探测器。发展较快的是硅化物肖特基势垒红外焦平面列阵。其中硅化钯(Si∶Pd)的响应截止波长为3.5微米,硅化铂(Si∶Pt)为5微米左右,硅化铱(Si∶Ir)达到9微米。硅化物红外焦平面虽然量子效率较低(约1%),但因易于做到大规模集成度,且器件中像元之间性能均匀性好,故可用于3~5微米凝视成像。现已制出规模为640×480元的硅化铂红外焦平面,并在红外摄像系统中得到应用。

此外,用锂漂移法补偿硅中P型杂质而制成N-I-P型硅探测器,可用于能量粒子和X射线探测方面。

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