1 南京大学 产业技术研究苏州总院, 江苏 苏州 215000
2 南京大学 金陵学院, 南京 210094
3 上海航天电子技术研究所, 上海 201109
4 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
光敏晶体管是空间飞行器光电编码器中的重要组成部分, 对空间高能质子引起的位移损伤效应较为敏感。文章通过试验获得了光敏管的核心参数输出电流与质子能量、位移损伤剂量、工作状态、屏蔽材料的关系。在50、60、70、92 MeV四种能量的质子辐照下, 器件输出电流及光电转换效率最大下降80%。晶体管内部光敏二极管初始光电流的下降和晶体管电流增益的下降共同作用造成了输出电流随位移损伤剂量的增加不断衰减。不锈钢和三明治屏蔽结构对60 MeV能量质子几乎没有遮挡效果。通过提高输入光照强度, 增大初始光电流, 可以降低位移损伤效应的影响。另外, 采用PIN型光电二极管, 增大耗尽区面积, 也是可行的加固方法之一。
光敏晶体管 高能质子 位移损伤效应 非电离能损 phototransistor high energy proton displacement damage effect non-ionizing energy loss
1 浙江经济职业技术学院 汽车技术学院,杭州 310018
2 浙江理工大学 机械工程学院,杭州 310018
3 浙江大学 信息与电子工程学院,杭州 310027
设计并制备了一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管，它由两个结构为Ni/Ge/GeOx/Al2O3∶HfO2/Pd的忆阻器背对背组成，共用阻变层GeOx/Al2O3∶HfO2、衬底Ge和底电极Ni，阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极，中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究了Ge基忆阻器光电响应特性，并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步地，探究了器件的物理机制并验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性与标准CMOS工艺兼容性等优势，能有效简化器件制备工艺、降低制造成本，可为下一代光电芯片研发提供参考。
锗 忆阻器 光控晶体管 光电特性 器件物理 氧空位缺陷态 能带结构 非平衡载流子 Ge memristor phototransistor photoelectric characteristic device physics oxygen vacancy defect energy band structure non-equilibrium carriers
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory for Micro-Nano Physics and Technology of Hunan Province, College of Materials Science and Engineering, School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410082, China
Mix-dimensional van der Waals heterostructures (vdWHs) have inspired worldwide interests and efforts in the field of advanced electronics and optoelectronics. The fundamental understanding of interfacial charge transfer is of vital importance for guiding the design of functional optoelectronic applications. In this work, type-II 0D-2D CdSe/ZnS quantum dots/MoS2 vdWHs are designed to study the light-triggered interfacial charge behaviors and enhanced optoelectronic performances. From spectral measurements in both steady and transient states, the phenomena of suppressed photoluminescence (PL) emissions, shifted Raman signals and changed PL lifetimes provide strong evidences of efficient charge transfer at the 0D-2D interface. A series of spectral evolutions of heterostructures with various QDs overlapping concentrations at different laser powers are analyzed in details, which clarifies the dynamic competition between exciton and trion during an efficient doping of 3.9×1013 cm-2. The enhanced photoresponses (1.57×104 A·W–1) and detectivities (2.86×1011 Jones) in 0D/2D phototransistors further demonstrate that the light-induced charge transfer is still a feasible way to optimize the performance of optoelectronic devices. These results are expected to inspire the basic understanding of interfacial physics at 0D/2D interfaces, and shed the light on promoting the development of mixed-dimensional optoelectronic devices in the near future.
heterostructure phototransistor MoS2 quantum dots Opto-Electronic Advances
2021, 4(9): 09210017
香港浸会大学 物理系, 有机电子科学卓越研究中心, 先进材料研究所,香港 999077
开发高性能的近红外可视化器件在生物成像、食物检测、健康监测和环境分析等领域有着重要意义。近红外可视化器件由光探测单元和发光单元组成, 可将人眼不可视的近红外光转换为可见光。其工作机制是, 光探测单元作为发光单元的载流子注入层, 在近红外光下产生光电流, 因而被近红外光照射的区域会产生电荷注入, 在发光单元的对应区域复合发光, 发射可见光。没有近红外光照射时, 光探测单元中不产生光电流, 将抑制发光单元中的电荷注入, 因而不发光。因此, 近红外可视化器件可用于对辐射、反射或吸收近红外光的物质成像。本综述介绍了近红外可视化器件的工作原理和最新进展, 包括基于无机、有机半导体等不同材料的近红外可视化器件。研究发现, 近红外可视化器件的光子转换效率由近红外光探测单元和发光单元的光电转换效率决定。本文归纳了提高近红外可视化器件的光子-光子转换效率的方法和相关工作, 探讨和展望了近红外光的可视化技术在三维图像分析、近红外检测卡、生物成像、健康和环境监测与检测的应用前景。
近红外可视化器件 近红外光电探测器 近红外光电探测晶体管 发光二极管 光子上转换效率 光亮度开关比 NIR visualization device NIR photodetector NIR phototransistor light-emitting diode photon-to-photon upconversion efficiency luminance on-off ratio
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
In2O3纳米线由于其独特性质而成为紫外光电探测器的潜力候选者, 目前, In2O3纳米线基紫外光电探测器已被广泛研究, 但较大的暗电流限制了其进一步应用。本文制备了In2O3纳米线紫外光电晶体管, 通过背栅电压的调制作用, 器件中的暗电流几乎被全部耗尽, 同时, 由于光照下的阈值偏移, 栅压对光电流的影响较小。最终得到具有高光开关比(1.07×108)和高响应度(5.58×107 A/W)的单根In2O3纳米线紫外光电晶体管, 性能明显优于之前报道的In2O3纳米结构光电探测器。本工作促进了In2O3纳米线在下一代纳米光电子器件和集成电路中的应用。
In2O3纳米线 紫外 光电晶体管 响应度 In2O3 nanowire ultraviolet phototransistor responsivity
1 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
分析了不同光窗口位置和不同光窗口面积对SiGe/Si异质结光电晶体管（HPT）光响应特性的影响.光窗口位于发射区时，HPTs吸收路径长，会产生较多的光生载流子，在发射结界面产生较大的发射结光生电压，有利于发射结的电子注入，因此获得较大的集电极输出电流和光增益.当入射光波长为650 nm，集电极电压为2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光增益最大可以达到9.24.光窗口位于基区时，在较大的入射光功率下，HPTs吸收区的光生载流子密度大，光生空穴发生快速驰豫的可能性增加，一定程度上缓解了空穴迁移率低对器件工作速度的限制，提高了光特征频率.当入射光波长650 nm，集电极电压2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光特征频率可达16.75 GHz.对于能够获得更高光增益光特征频率优值的发射区光窗口SiGe/Si HPTs，当光窗口面积从3 μm×10 μm到50 μm×10 μm逐渐增加时，电子在发射结界面的有效注入面积增加从而光增益逐渐增大；同时发射结和集电结的结电容也随之增大，RC延迟时间增长，光特征频率却逐渐减小.光增益·光特征频率优值随着光窗口面积的增加而逐渐提高，但随着面积的增加，光增益·光特征频率优值提高的速率变慢，并有逐渐趋于饱和的趋势.
异质结光电晶体管 光窗口位置 光窗口面积 光增益 光特征频率 Heterojunction phototransistor Optical window position Optical window area Optical gain Optical characteristic frequency
绍兴文理学院 电子工程系, 浙江 绍兴 312000
有机光敏晶体管是一种在有机场效应管结构中引入光控“栅极”的新型光探测器件, 其光灵敏度、光响应度性能参数与源/漏电极和有源层的接触情况关系密切。本文通过真空蒸发法分别制备了采用金电极和铝电极的单层并五苯及酞菁铜有机光敏晶体管。研究了它们在黑暗和光照条件下的输出及转移特性。结果表明, 高迁移率的并五苯有源层更适合搭配接触特性较好的金电极, 该器件具有和铝电极器件相同高水平的光灵敏度~3×104, 但其光响应度是铝电极器件的13倍; 而低迁移率的酞菁铜薄膜较适合搭配能够和有源层形成肖特基接触的铝电极, 有利于抑制暗电流、增强激子解离效率、提高光电流, 进一步使器件在获得和金电极器件同数量级光响应度的同时, 其光灵敏度是金电极器件的102倍。本文对光照下电极/有源层肖特基接触的能带变化做了理论分析, 总结归纳了有机光敏晶体管电极材料和有源层材料的初步筛选规律。
有机光敏晶体管 光灵敏度 光响应度 肖特基接触 organic phototransistor photosensitivity photoresponsivity Schottky contact
1 北京工业大学 信息学部 电子科学与技术学院, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
为提高InP基光探测器的吸收效率和工作速度，设计了一种渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管探测器。采用有效折射率法和光束传播法，分析渐变耦合脊波导的光传输模式，优化后波导宽度和波导长度分别为2.6 μm和250 μm，可实现单模传输和高的光吸收效率.由于渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管光传输方向与载流子运动方向垂直，分别优化光敏晶体管的吸收效率和速度，器件输出光电流和特征频率均得到改善.渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度为33.83 A/W，饱和输出光电流为90 mA，最高特征频率达到87 GHz，其饱和输出电流和特征频率相比于台面单载流子传输异质结光敏晶体管分别提高了20%和24%.但渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管吸收体积大，获得饱和电流时的光功率也比较大，因此渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度略小于台面的单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度.
异质结光敏晶体管 单载流子传输 光束传播法 响应度 光学特征频率 Heterojunction phototransistor Gradual coupled ridge waveguide Beam propagation method Responsivity Optical characteristic frequency 光子学报
2019, 48(12): 1248002
北京工业大学 信息学部 电子科学与技术学院, 北京 100124
建立了单载流子传输双异质结光敏晶体管的小信号等效电路模型.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管光生电流的产生机制, 并将其作为基极电流的一部分, 引入到小信号等效电路中.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管中单载流子传输的输运方式对光跨导、发射结电阻、发射结结电容和集电结结电容的影响.基于所建模型, 研究了InP基单载流子传输双异质结光敏晶体管的光特征频率和光电流增益受光窗口面积和入射光功率的影响.结果表明, 在同样入射光功率下, 存在一个最佳的光窗口面积使得光特征频率获得最大值, 最佳光窗口面积随入射光功率的增加在一定面积范围内发生偏移.在固定光窗口面积(8×8 μm2)条件下, 随着输入光功率的增加, 光特征频率先增大后减小, 在280 μW时达到最高值150 GHz, 光短路电流增益也随着光功率的增加而逐渐增加, 在入射光功率750 μW时达到饱和, 饱和增益为82 dB.
小信号等效电路模型 单载流子传输 光敏晶体管 光特征频率 光短路电流增益 Small signal equivalent model Uni-travelling carrier Phototransistor Optical characteristic frequency Gain of optical generated 光子学报
2017, 46(11): 1125004
