金属催化氢等离子体刻蚀制备3D金刚石日盲探测器的方法研究

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目前世界上使用的紫外探测器大多为传统的硅基材料紫外探测器,虽然硅基探测器发展较为成熟,但是其有紫外/可见光选择度较低、辐射硬度低、工作寿命短等缺点,导致其无法在深空探测、导弹羽烟探测等工作环境较恶劣的环境中工作,金刚石相比硅除了可以在恶劣环境中正常工作之外,同时金刚石具有非常宽的禁带宽度(5.5eV)可以良好的消除可见光的干扰,提升日盲探测器的性能。然而,传统使用的金刚石平面电极结构探测器的性能由于受到电极结构的限制,造成了金刚石优点难以发挥。针对这一问题,我们进行了金属催化氢等离子体刻蚀制备3D金刚石日盲探测器的方法研究。本文研究了金属在MPCVD装置产生的氢等离子体气氛中对金刚石的催化刻蚀现象,进行了大量的实验,对刻蚀后金刚石的表面粗糙度进行了改善,得到了可行的高效的金刚石刻蚀方法,相比其他刻蚀金刚石的方法具有工艺简单、成本低、安全性高等优点。在实验过程中使用SEM、LSCM、XPS等表征工具对刻蚀后金刚石表面的物质成分、刻蚀后表面形成的颗粒的成分进行了表征,进行了刻蚀过程的物理图像模拟,对金属催化氢等离子体刻蚀金刚石的机理进行了探讨。运用晶体学知识解释了刻蚀后金刚石形成的不同表面形貌的现象。之后我们使用金属催化氢等离子体刻蚀工艺制作了3D金刚石日盲探测器,并且在同样条件下制作了传统的平面电极金刚石探测器,对两种探测器进行了性能测试,并且分析了金属刻蚀3D结构探测器的增益机制,认为是刻蚀金刚石过程中引入了表面态导致电极金属与金刚石接触界面的势垒高度降低,最终在紫外光响应中产生增益。测试结果表明,3D探测器相比平面电极探测器明显具有更好的性能,其各种性能参数相比平面电极探测器的性能数值会提升一到二个数量级。
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