CN108400197A - 具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备方法 - Google Patents

具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备方法 Download PDF

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Abstract

具有球冠结构的4H‑SiC紫外光电探测器及制备方法，紫外光电探测器采用p‑i‑n结构，在高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H‑SiC衬底上，依次生长N型缓冲层和i型吸收层，在i型吸收层形成弧形倾斜台面，形成球冠状i型吸收层表面；注入和高温退火激活工艺在球冠状i型吸收层上表面形成P+型层；然后通过热氧化方法在P+型层的表面生长二氧化硅钝化层；通过光刻工艺、ICP刻蚀工艺和剥离工艺在P+型层的二氧化硅钝化层上刻蚀出P型环状电极窗口并采用磁控溅射工艺形成P型电极；刻蚀背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H‑SiC衬底，并采用磁控溅射工艺形成N型电极，从而制成具有球冠结构的4H‑SiC紫外光电探测器。

Description

具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备方法
技术领域
本发明涉及半导体光电探测器件，尤其是涉及具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备方法。
背景技术
紫外光是自然界中很强的一种电磁波，对大多数有机物和无机物都能产生强烈的影响，所以其广泛的被用于军事、卫生、工业、农业、环保等诸多领域。相应的，紫外光探测器件及产品也受到了全球各国的重视，拥有巨大的市场需求。举例来说，做成阵列的紫外光探测器可以用在导弹的精确制导、导弹的提前预警等方面，具有高灵敏度的紫外光探测器在环境监测、食品消毒等方面也起到极为重要的作用。目前，紫外光电倍增管(PMT)拥有成熟的技术和优异的紫外光探测性质，所以被广泛的应用于当今大多数的紫外光探测领域。然而，其固有的缺点，即大体积、已破损、需高压、难操作等等，在当下这个追求小型化、集成化、便携化的时代下已经越来越凸显，促使人们寻找一种既满足高灵敏度、高信噪比、高速度、高光谱选择性、高稳定性的要求，又满足小型尺寸易于集成，简单操作易于搭载，性能稳定不易干扰的新型紫外光探测器。随着半导体技术的迅猛发展，半导体紫外光电探测器应运而生。4H-SiC作为第三代宽禁带半导体的重要材料之一，用它制作的4H-SiC紫外光电探测器不仅具有以上所述的所有优点，而且还拥有更多的优秀特点([1]Huili Zhu,XiapingChen,Jiafa Cai,Zhengyun Wu,4H–SiC ultraviolet avalanche photodetectors withlowbreakdown voltage and high gain[J].Solid-State Electronics,2009,Vol.53:7-10)。(1)4H-SiC作为宽禁带半导体，室温下其禁带宽度约为3.26eV，这意味着做出来的光电探测器为“可见光盲”型，拥有极高的紫外/可见光抑制比。(2)在探测峰值波长(280nm)附近，4H-SiC的穿透深度约为1μm，保证了光信号的充分吸收，使其光电探测器拥有较高的量子效率。(3)4H-SiC本征载流子浓度极低，保证了4H-SiC紫外光电探测器拥有极低的漏电流。(4)4H-SiC优良的晶体结构，使得4H-SiC紫外光电探测器能在高辐射、高温等极端条件下正常工作。(5)4H-SiC拥有自己的衬底，只需进行掺杂即可得到p型和n型，大大降低了因为异质外延所带来的晶格失配。p-i-n结构的4H-SiC紫外光电探测器拥有光电响应度高、响应速度快，无光电导增益等优点([2]Xiaping Chen,Huili Zhu,Jiafa Cai,Zhengyun Wu,High-performance 4H-SiC-based ultraviolet p-i-nphotodetector[J],J.Appl.Phys.,2007,102:024505)。但是，现在绝大多数4H-SiC紫外光电探测器均采用平面层状结构，此种结构拥有指向性检测的特点，即对于垂直入射的紫外光拥有很好的检测效果，但是对于斜入射的紫外光，其倾斜角度导致的界面反射、i型吸收层厚度相对改变等意外情况，势必会影响其量子效率。因此，设计一种具有较弱检测指向性的PIN型4H-SiC紫外光电探测器结构，对于4H-SiC紫外光电探测器的应用具有重要意义。考虑到入射角度变化的不确定性，具有球冠状结构的4H-SiC紫外光电探测器是最好的解决方案。球冠结构使得探测器既能吸收垂直入射的紫外光信号，又能减小倾斜入射情况下的界面反射，此外，球冠状结构可相对增大光敏面的面积和入射光的吸收角度，从而整体上提高了紫外光电探测器的探测性能。所以，具有球冠状结构的4H-SiC紫外光电探测器对于提高4H-SiC紫外光电探测器的探测性能拥有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器及其制备方法。
所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器采用p-i-n结构，在高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底上，采用物理气相传输法同质外延依次生长N型缓冲层和i型吸收层，在i型吸收层上进行多次刻蚀并形成一系列弧形倾斜台面，最后形成球冠状i型吸收层表面；通过高温离子注入和高温退火激活工艺在球冠状i型吸收层上表面形成P+型层；然后通过热氧化方法在P+型层的表面生长二氧化硅钝化层；通过光刻工艺、ICP刻蚀工艺和剥离工艺在P+型层的二氧化硅钝化层上刻蚀出P型环状电极窗口并采用磁控溅射工艺形成P型电极；刻蚀背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底，并采用磁控溅射工艺形成N型电极，从而制成具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器。
所述N型缓冲层的厚度可为0.5μm、掺杂浓度可为5×1018/cm3；所述i型吸收层的厚度可为4.0～6.0μm、掺杂浓度可为1×1015/cm3。
所述P+型层可为球壳状结构，P+型层上的二氧化硅钝化层为球壳状结构。
从而整体上提高4H-SiC紫外光电探测器的探测性能i型吸收层上表面球冠状结构直径可为50～200μm，球冠的最高高度可为4～6μm。
所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的制备方法包括以下步骤：
1)对样品，即高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底及表面上已经外延生长好的i型吸收层，进行RCA标准清洗；
2)制备球冠状i型吸收层；
在步骤2)中，所述制备球冠状i型吸收层的具体方法可为：结合曝光面积渐变的多光刻版厚胶光刻显影技术和ICP刻蚀技术，对样品的i型吸收层进行不同范围多次的刻蚀，形成一系列弧形台面，最后形成球冠状i型吸收层表面。
3)制备P+型层；
在步骤3)中，所述制备P+型层的具体方法可为：采用高温离子注入工艺和高温退火激活工艺，在球冠状i型吸收层上表面形成厚度约为0.2μm的均匀掺杂P+型层。
4)制备二氧化硅钝化层；
在步骤4)中，所述制备二氧化硅钝化层的具体方法可为：使用RCA标准清洗去除样品表面杂质，采用干氧、湿氧和干氧交替氧化，生长一层氧化层作为牺牲层；将生长好牺牲层的样品放入缓冲氢氟酸中腐蚀，去除牺牲层；采用干氧、湿氧、干氧和氮气交替氧化，生长厚度约为60nm的热氧化二氧化硅钝化层。
5)制备P型电极与N型电极，得具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器。
在步骤5)中，所述制备P型电极与N型电极的具体方法可为：采用光刻工艺，对5241E光刻胶进行曝光显影，使用缓冲氢氟酸腐蚀形成P型环状电极窗口，采用磁控溅射在P型环状电极窗口溅射一层Ti/Ni/Ti/Au作为P型电极；之后，在样品正面(i型吸收层上表面方向)制备一层光刻胶用于保护隔离，使用缓冲氢氟酸腐蚀背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底，采用磁控溅射在背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底上溅射一层Ti/Au作为N型电极；使用丙酮将用于保护隔离的光刻胶清洗掉，并经退火工艺，使样品的P型电极和N型电极分别与P+型层和背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底形成良好的欧姆接触。
在步骤1)和4)中，所述RCA标准清洗的具体步骤可为：
①用甲苯、丙酮和乙醇超声5min，重复2遍，再用去离子水冲洗干净；
②用三号液于250℃下煮20min后，用热、冷去离子水冲洗；所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2＝4∶1；
③将样品放入稀释氢氟酸浸泡4min，再用热、冷去离子水冲洗；所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF∶H2O＝1∶20；
④用一号液煮10min后，用热、冷去离子水冲洗；所述一号液按体积比的配比为NH3·H2O∶H2O2∶H2O＝1∶1∶4；
⑤将样品放入稀释氢氟酸中浸泡4min，再用热、冷去离子水冲洗；
⑥用二号液煮10min后，用热、冷去离子水冲洗，然后用氮气吹干待用；所述二号液按体积比的配比为HCl∶H2O2∶H2O＝1∶1∶4。
在本发明中，当紫外光入射到4H-SiC紫外光电探测器上，大部分被i型吸收层吸收并产生电子-空穴对，在i型吸收层的耗尽层电场的驱动下分离，并运动到4H-SiC紫外光电探测器两端的电极，最终在外部负载电路中复合并形成电信号，从而达到紫外探测的作用。球冠状结构能减小倾斜入射与垂直入射之间的差距，主要体现在减小倾斜入射反射率和减小i型吸收层厚度差异等方面，此外，球冠状结构可相对增大光敏面的面积和入射光的吸收角度，从而整体上提高了4H-SiC紫外光电探测器的探测性能，大大增加了4H-SiC紫外光电探测器的实用性。
本发明以降低平面结构4H-SiC紫外光电探测器的检测指向性，即降低倾斜入射情况下的界面反射与i型吸收层厚度相对变化，在保持垂直入射情况下的正常探测性能的条件下，通过提高倾斜入射情况下的探测性能，球冠状结构还可相对增大光敏面的面积和入射光的吸收角度，从而提高4H-SiC紫外光电探测器的整体探测性能。
附图说明
图1为本发明实施例的具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的剖视示意图。
图2为本发明实施例的具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的俯视示意图。
图3为本发明实施例的具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的侧视示意图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1～3，所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器实施例采用p-i-n结构，在高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底上，采用物理气相传输法同质外延依次生长N型缓冲层和i型吸收层，在i型吸收层上进行多次刻蚀并形成一系列弧形倾斜台面，最后形成球冠状i型吸收层表面；通过高温离子注入和高温退火激活工艺在球冠状i型吸收层上表面形成P+型层；然后通过热氧化方法在P+型层的表面生长二氧化硅钝化层；通过光刻工艺、ICP刻蚀工艺和剥离工艺在P+型层的二氧化硅钝化层上刻蚀出P型环状电极窗口并采用磁控溅射工艺形成P型电极；刻蚀背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底，并采用磁控溅射工艺形成N型电极，从而制成具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器。
所述N型缓冲层的厚度为0.5μm、掺杂浓度为5×1018/cm3；所述i型吸收层的厚度为4.0～6.0μm、掺杂浓度为1×1015/cm3。
所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的制备方法包括以下步骤：
1)对样品，即高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底及表面上已经外延生长好的i型吸收层，进行RCA标准清洗；
2)制备球冠状i型吸收层：结合曝光面积渐变的多光刻版厚胶光刻显影技术和ICP刻蚀技术，对样品的i型吸收层进行不同范围多次的刻蚀，形成一系列弧形台面，最后形成球冠状i型吸收层表面。
3)制备P+型层：采用高温离子注入工艺和高温退火激活工艺，在球冠状i型吸收层上表面形成厚度约为0.2μm的均匀掺杂P+型层。
4)制备二氧化硅钝化层：使用RCA标准清洗去除样品表面杂质，采用干氧、湿氧和干氧交替氧化，生长一层氧化层作为牺牲层；将生长好牺牲层的样品放入缓冲氢氟酸中腐蚀，去除牺牲层；采用干氧、湿氧、干氧和氮气交替氧化，生长厚度约为60nm的热氧化二氧化硅钝化层。
5)制备P型电极与N型电极：采用光刻工艺，对5241E光刻胶进行曝光显影，使用缓冲氢氟酸腐蚀形成P型环状电极窗口，采用磁控溅射在P型环状电极窗口溅射一层Ti/Ni/Ti/Au作为P型电极；之后，在样品正面(i型吸收层上表面方向)制备一层光刻胶用于保护隔离，使用缓冲氢氟酸腐蚀背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底，采用磁控溅射在背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底上溅射一层Ti/Au作为N型电极；使用丙酮将用于保护隔离的光刻胶清洗掉，并经退火工艺，使样品的P型电极和N型电极分别与P+型层和背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底形成良好的欧姆接触，得具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器。
在步骤1)和4)中，所述RCA标准清洗的具体步骤为：
①用甲苯、丙酮和乙醇超声5min，重复2遍，再用去离子水冲洗干净；
②用三号液于250℃下煮20min后，用热、冷去离子水冲洗；所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2＝4∶1；
③将样品放入稀释氢氟酸浸泡4min，再用热、冷去离子水冲洗；所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF∶H2O＝1∶20；
④用一号液煮10min后，用热、冷去离子水冲洗；所述一号液按体积比的配比为NH3·H2O∶H2O2∶H2O＝1∶1∶4；
⑤将样品放入稀释氢氟酸中浸泡4min，再用热、冷去离子水冲洗；
⑥用二号液煮10min后，用热、冷去离子水冲洗，然后用氮气吹干待用；所述二号液按体积比的配比为HCl∶H2O2∶H2O＝1∶1∶4。
以下给出具体实施例：
本发明实施例的具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的结构如图1所示。在高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底2上依次采用物理气相传输法外延同质生长N型缓冲层3、i型吸收层7；所述的N型缓冲层的厚度和掺杂浓度可分别为0.5μm和5×1018/cm3、i型吸收层的厚度和掺杂浓度分可为4.0～6.0μm和1×1015/cm3；采用曝光面积渐变的多光刻版的厚胶光刻工艺和ICP干法刻蚀工艺，将i型吸收层刻蚀为球冠状，球冠的最大高度可为4.0～6.0μm；为了方便制备以及定量地增大光敏面的面积和入射光的吸收角度，从而整体上提高4H-SiC紫外光电探测器的探测性能i型吸收层上表面球冠状结构直径可为50～200μm。利用离子注入在球冠状的i型吸收层上表面形成P+型层6，所述的P+型层的厚度和掺杂浓度分别可为0.2μm和1×1019/cm3；通过热氧化方法在器件表面生长二氧化硅钝化层4，所述的二氧化硅钝化层的厚度可约为60nm；在P+型层的二氧化硅钝化层上刻蚀出P型环状电极窗口，并溅射形成P型电极5，所述的P型电极的材料及厚度可为Ti(60nm)/Ni(120nm)/Ti(10nm)/Au(100nm)；刻蚀背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底，并溅射形成N型电极1，所述的N型电极的材料及厚度可为Ti(60nm)/Au(150nm)。
本发明具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器从下到上依次设计N型电极、商业级别高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC导电衬底、N型缓冲层、i型吸收层、P+型层、P型电极和二氧化硅钝化层。其中i型吸收层具有球冠状结构，i型吸收层上部的P+型层和二氧化硅钝化层均具有球壳状结构。当紫外光入射到探测器上，大部分被i型吸收层吸收并产生电子-空穴对，在i型吸收层的耗尽层电场的驱动下分离，并运动到探测器两端的电极，最终在外部负载电路中复合并形成电信号，从而达到紫外探测的作用。相比于平面结构，球冠结构可增大光敏面的面积和入射光的吸收角度，从而整体上提高了紫外光电探测器的探测性能，大大增加了紫外光电探测器的实用性。

Claims (10)

1.具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器，其特征在于采用p-i-n结构，在高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底上，依次生长N型缓冲层和i型吸收层，在i型吸收层上形成一系列弧形倾斜台面，最后形成球冠状i型吸收层表面；在球冠状i型吸收层上表面形成P+型层；然后在P+型层的表面生长二氧化硅钝化层；在P+型层的二氧化硅钝化层上刻蚀出P型环状电极窗口并形成P型电极；刻蚀背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底，形成N型电极，从而制成具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器。
2.如权利要求1所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器，其特征在于所述在高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底上，采用物理气相传输法同质外延依次生长N型缓冲层和i型吸收层。
3.如权利要求1所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器，其特征在于所述在球冠状i型吸收层上表面形成P+型层是通过高温离子注入和高温退火激活工艺在球冠状i型吸收层上表面形成P+型层；所述在P+型层的表面生长二氧化硅钝化层是通过热氧化方法在P+型层的表面生长二氧化硅钝化层。
4.如权利要求1所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器，其特征在于在P+型层的二氧化硅钝化层上刻蚀出P型环状电极窗口是通过光刻工艺、ICP刻蚀工艺和剥离工艺在P+型层的二氧化硅钝化层上刻蚀出P型环状电极窗口。
5.如权利要求1所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器，其特征在于所述N型缓冲层的厚度为0.5μm、掺杂浓度为5×1018/cm3；所述i型吸收层的厚度为4.0～6.0μm、掺杂浓度为1×1015/cm3。
6.如权利要求1所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器，其特征在于所述P+型层为球壳状结构，P+型层上的二氧化硅钝化层为球壳状结构；i型吸收层上表面球冠状结构直径为50～200μm，球冠的最高高度为4～6μm。
7.如权利要求1～6所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对样品，即高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底及表面上已经外延生长好的i型吸收层，进行RCA标准清洗；
2)制备球冠状i型吸收层；
3)制备P+型层；
4)制备二氧化硅钝化层；
5)制备P型电极与N型电极，得具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器。
8.如权利要求7所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述制备球冠状i型吸收层的具体方法为：结合曝光面积渐变的多光刻版厚胶光刻显影技术和ICP刻蚀技术，对样品的i型吸收层进行不同范围多次的刻蚀，形成一系列弧形台面，最后形成球冠状i型吸收层表面；
在步骤3)中，所述制备P+型层的具体方法为：采用高温离子注入工艺和高温退火激活工艺，在球冠状i型吸收层上表面形成厚度为0.2μm的均匀掺杂P+型层。
9.如权利要求7所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述制备二氧化硅钝化层的具体方法为：使用RCA标准清洗去除样品表面杂质，采用干氧、湿氧和干氧交替氧化，生长一层氧化层作为牺牲层；将生长好牺牲层的样品放入缓冲氢氟酸中腐蚀，去除牺牲层；采用干氧、湿氧、干氧和氮气交替氧化，生长厚度约为60nm的热氧化二氧化硅钝化层；
在步骤5)中，所述制备P型电极与N型电极的具体方法为：采用光刻工艺，对5241E光刻胶进行曝光显影，使用缓冲氢氟酸腐蚀形成P型环状电极窗口，采用磁控溅射在P型环状电极窗口溅射一层Ti/Ni/Ti/Au作为P型电极；之后，在样品正面制备一层光刻胶用于保护隔离，使用缓冲氢氟酸腐蚀背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底，采用磁控溅射在背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底上溅射一层Ti/Au作为N型电极；使用丙酮将用于保护隔离的光刻胶清洗掉，并经退火工艺，使样品的P型电极和N型电极分别与P+型层和背面高掺杂偏轴4°的双抛N+型4H-SiC衬底形成良好的欧姆接触。
10.如权利要求7所述具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器的制备方法，其特征在于在步骤1)和4)中，所述RCA标准清洗的具体步骤为：
①用甲苯、丙酮和乙醇超声5min，重复2遍，再用去离子水冲洗干净；
②用三号液于250℃下煮20min后，用热、冷去离子水冲洗；所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2＝4∶1；
③将样品放入稀释氢氟酸浸泡4min，再用热、冷去离子水冲洗；所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF∶H2O＝1∶20；
④用一号液煮10min后，用热、冷去离子水冲洗；所述一号液按体积比的配比为NH3·H2O∶H2O2∶H2O＝1∶1∶4；
⑤将样品放入稀释氢氟酸中浸泡4min，再用热、冷去离子水冲洗；
⑥用二号液煮10min后，用热、冷去离子水冲洗，然后用氮气吹干待用；所述二号液按体积比的配比为HCl∶H2O2∶H2O＝1∶1∶4。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109301024A (zh) * 2018-09-29 2019-02-01 镇江镓芯光电科技有限公司 一种新型p-i-n紫外光电二极管及其制备方法
CN110018511A (zh) * 2019-04-26 2019-07-16 吉林大学 可移动式x射线探测系统
CN110165012A (zh) * 2019-06-28 2019-08-23 河北工业大学 一种具有弧形增透作用的光电探测器结构及其制备方法
CN110989027A (zh) * 2019-12-02 2020-04-10 安瑞创新半导体(深圳)有限公司 一种用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器
CN111463308A (zh) * 2020-05-13 2020-07-28 厦门大学 一种碳化硅同轴紫外光电探测器及其制备方法
CN112117337A (zh) * 2020-09-22 2020-12-22 厦门大学 具有刻蚀微孔结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备
CN113594370A (zh) * 2021-07-16 2021-11-02 华中科技大学 一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101000936A (zh) * 2006-12-23 2007-07-18 厦门大学 δ掺杂4H－SiC PIN结构紫外光电探测器及其制备方法
US20110291109A1 (en) * 2010-05-27 2011-12-01 U.S. Government As Represented By The Secretary Of The Army Polarization enhanced avalanche photodetector and method thereof
CN103187456A (zh) * 2011-12-29 2013-07-03 清华大学 太阳能电池
CN103367514A (zh) * 2013-08-02 2013-10-23 南通大学 一种弧形底电极薄膜太阳电池
CN104882510A (zh) * 2015-06-04 2015-09-02 镇江镓芯光电科技有限公司 一种新型小倾角半台面结构的碳化硅雪崩光电二极管

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101000936A (zh) * 2006-12-23 2007-07-18 厦门大学 δ掺杂4H－SiC PIN结构紫外光电探测器及其制备方法
US20110291109A1 (en) * 2010-05-27 2011-12-01 U.S. Government As Represented By The Secretary Of The Army Polarization enhanced avalanche photodetector and method thereof
CN103187456A (zh) * 2011-12-29 2013-07-03 清华大学 太阳能电池
CN103367514A (zh) * 2013-08-02 2013-10-23 南通大学 一种弧形底电极薄膜太阳电池
CN104882510A (zh) * 2015-06-04 2015-09-02 镇江镓芯光电科技有限公司 一种新型小倾角半台面结构的碳化硅雪崩光电二极管

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109301024A (zh) * 2018-09-29 2019-02-01 镇江镓芯光电科技有限公司 一种新型p-i-n紫外光电二极管及其制备方法
CN110018511A (zh) * 2019-04-26 2019-07-16 吉林大学 可移动式x射线探测系统
CN110165012A (zh) * 2019-06-28 2019-08-23 河北工业大学 一种具有弧形增透作用的光电探测器结构及其制备方法
CN110989027A (zh) * 2019-12-02 2020-04-10 安瑞创新半导体(深圳)有限公司 一种用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器
CN111463308A (zh) * 2020-05-13 2020-07-28 厦门大学 一种碳化硅同轴紫外光电探测器及其制备方法
CN111463308B (zh) * 2020-05-13 2021-09-07 厦门大学 一种碳化硅同轴紫外光电探测器及其制备方法
CN112117337A (zh) * 2020-09-22 2020-12-22 厦门大学 具有刻蚀微孔结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备
CN112117337B (zh) * 2020-09-22 2022-10-14 厦门大学 具有刻蚀微孔结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备
CN113594370A (zh) * 2021-07-16 2021-11-02 华中科技大学 一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法

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