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近年來，隨著導彈預警，臭氧空洞監(jiān)測等需求的提出，日盲紫外光電探測器件的研發(fā)越來越重要，鑒于硅材料的局限性，常用的硅基光電探測器難以滿足日盲紫外光電探測的要求，基于寬禁帶半導體材料的日盲紫外光電探測器成為了新的研究熱點。與AlGaN，MgZnO等寬禁帶半導體相比，β-Ga2O3的禁帶寬度高達4.9eV，無需合金處理就可滿足日盲紫外光電探測的技術要求，不僅可以采用熔體法制備出高質(zhì)量，大尺寸單晶，而且還具有較高的遷移率，較高的擊穿電場，良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，成為近年來興起的重要新興寬禁帶半導體，不僅是功率半導體器件研制的重要候選材料，也將在日盲紫外探測領域具有重要應用前景。
光電材料（太陽能電池）光譜響應測試，或稱量子效率QE（Quantum Efficiency）測試，或光電轉(zhuǎn)化效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 測試等，廣義來說，就是測量光電材料的光電特性在不同波長光照條件下的數(shù)值，所謂光電特性包括：光生電流、光導等。本系統(tǒng)可對小面積探測器或者太陽能電池進行光譜響應，外量子效率等參數(shù)進行測試。同時也能測量探測器或者太陽能電池響應不均勻性。本裝置還可以測量太陽能電池的表面鏡反射比，并計算太陽能電池的內(nèi)量子效率。
Fig.1測量原理示意圖。在探測器或者太陽能電池分別照射恒定偏置輻射和波長為λ單色交變輻射，太陽能電池接收到這兩束輻射后，產(chǎn)生的光電流同時包含直流分量Itd和交流分量Ita(λ)，用數(shù)字電壓表和鎖相放大器分別測量這兩個分量。在測量被測太陽電池前，用類似的方法，用同樣光路已經(jīng)測量了標準太陽能電池的光電流Isd和Isa(λ)，標準太陽電池的短路電流Isc(AMx)和響應度Rs（λ）是已知的，因此可以得到偏置光：
和響應度：
注意：這里的電流都是扣除了暗電流。
圖 1 測量原理示意圖
相對光譜響應度Rr(λ)為在某以波長λMAX，通常為峰值波長，歸一化。
在被測太陽電池測量光譜響應的同時，用光電二極管測量太陽能電池的表面反射的光電流Itf(λ)，同樣在測量前，已經(jīng)測量了已知反射率的ρs(λ)的標準反射板的反射光電Isf(λ)，因此，其光譜反射率ρt(λ)為：
根據(jù)已經(jīng)得到的光譜響應度和表面反射率得到太陽電池的內(nèi)量子效率：
這里λ的單位為：µm，Rt(λ)的單位A/W。
實驗方案及分析實驗方案：
實驗設備采用的是我公司“DSR600-3110-DUV”探測器光譜響應度標定系統(tǒng)，
圖2.1“DSR600-3110-DUV”紫外探測器光譜響應度標定系統(tǒng)
該系統(tǒng)使用激光驅(qū)動的紫外增強氙燈光源。與常規(guī)氙燈想比較，該系統(tǒng)使用的氙燈在200-300nm光強度增強約2-5倍，主要應用于日盲探測器的測試。
圖2.2激光驅(qū)動的紫外增強氙燈光源與常規(guī)氙燈光源能量對比
實驗分析：
3.1 Ga2O3樣品深紫外光譜響應度分析
圖3.1樣品在0.1s，0.5s，1s，5s延時下的信號曲線
圖3.2樣品在0.1s，0.5s，1s，5s延時下的信號曲線
圖3.1和3.2顯示了樣品在不同延時下信號波長的關系。發(fā)現(xiàn)峰值波長為 240nm (5.17 eV)，而帶邊是根據(jù)曲線導數(shù)值在 275nm (4.51 eV)。分別在 0.1 s 和 5s 的延時時間下測得的峰值響應度值分別為 0.19A/W 和 0.3 A/W，說明樣品的響應時間很慢，因此針對此類樣品的測試需要測試其響應時間。
圖3.3 樣品的在240nm光照射下的IT曲線
圖3.3顯示了樣品的響應時間非常長，50s左右才接近峰值。在測試過程中通過多次測試發(fā)現(xiàn)每次測試數(shù)據(jù)有差別，分析應該是時間原因影響樣品信號強度，從而進行IT掃描，得到樣品的響應時間，以方便用于指導光譜響應度測試。
3.2金剛石/Ga2O3異質(zhì)結(jié)器件測試分析
圖3.4 樣品在320nm光照射下的IT曲線
從3.4圖可以發(fā)現(xiàn)，器件在不同偏壓下有效信號（信號值減去噪音值）偏壓越大，有效信號越強。因此后面的測試樣品都是在5V偏壓（理論的擊穿電壓）下進行。通過數(shù)據(jù)分析得到樣品的上升時間約5s。為了保證上升時間充分測試了10s延時，5V偏壓情況下的信號曲線。
圖3.5 器件的在5V偏壓下，10s延時的信號曲線以及暗噪聲曲線
圖3.6 硅探測器信號值
從3.5和3.6圖可以發(fā)現(xiàn)，金剛石/Ga2O3異質(zhì)結(jié)器件的峰值波長是320nm，在320nm器件的信號強度（0.461mA）是硅探測器（1.15uA）的信號強度的400倍。3.5圖顯示器件的暗電流比較大，且不同時間段暗電流大小會有區(qū)別，所以扣除暗電流會不太準確。
在我們軟件中有設置關閉快門的按鈕，所以這種響應比較慢器件的測試需要客戶跟進器件的性質(zhì)，放置樣品后等待一段時間，等待過程中可以看到暗噪聲的變化，等暗噪聲值穩(wěn)定后再點擊“確定”按鈕開始采集數(shù)據(jù)。且我們的軟件上還有延遲時間自主設置功能，等待時間和延遲時間的自主設置有助于測試這種響應時間比較慢的樣品。通過上述軟件的操作可以測試到如下圖的光譜響應度曲線。
DSR600系列光譜響應度測試系統(tǒng)，可以對樣品的光譜響應度和量子效率進行定量分析。上述測試實驗在測試過程中不僅可以加偏壓，還可以改變延遲時間來測試器件的性能，在不同條件下器件性能會有所不同，通過實驗結(jié)論去驗證理論分析，不斷改善器件工藝，使得器件向?qū)嶋H需要的方向發(fā)展。DSR600-3110-DUV系統(tǒng)在200-300nm有較強的光強，是針對日盲器件測試的最佳選擇。
參考文獻[1] Yaxuan Liu，Lulu Du ，Guangda Liang， Wenxiang Mu， Ga2O3 Field-Effect-Transistor-Based Solar-Blind Photodetector With Fast Response and High Photo-to-Dark Current Ratio，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，2018，39，1696-1699
[2] 陳彥成 基于氧化鎵單晶的日盲紫外探測器特性研究，鄭州大學，碩士學位論文
13810146393
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