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合肥研究院在光电晶体管的光调控方面取得进展

MEMS 2018-10-17 15:06 次阅读

近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所纳米材料与纳米结构研究室研究员费广涛课题组与中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心博士张尧合作,在光电晶体管的光调控方面取得进展。研究发现,Ag/TiO2复合薄膜在外加两束光照射后,具有类似于三极管的特性,可以实现对光电信号的增强、开关和调制,该器件被称为全光输入的晶体管。相关结果作为卷首图片(Frontispiece)文章发表在《先进功能材料》(Adv. Funct. Mater. 28(40), 1870290 (2018))上。

银/二氧化钛(Ag/TiO2)多孔膜由于其表面等离共振及热电子的快速转移特性,被认为是热电子光探测器的理想材料,而增强其光响应度一直是科研人员研究的目标。课题组助理研究员高旭东等在研究Ag/TiO2多孔膜对近红外光的响应性能时偶然发现,在近红外光照射的基础上再增加一束紫外光照射,该复合薄膜对近红外光探测的响应度会有近100倍的增加(图1)。

这表明,Ag/TiO2复合薄膜在外加两束光照射后,具有类似于三极管的特性。众所周知,三极管是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管有三个电极,分别是基极、发射极和集电极。通常情况下,在三极管中,电信号从基极输入,从集电极输出,它的输出特性曲线如图2a所示。研究发现,当近红外光作为源极信号光输入,复合薄膜将这种近红外光转换成电信号输出,在此基础上,再外加紫外光照射到复合薄膜上,可以调控输出的电信号,输出特性曲线如图2b。比较图2b与图2a可见,Ag/TiO2复合薄膜的输出特性曲线与三极管的输出特性曲线非常相似,因此,将这种Ag/TiO2复合薄膜称作全光输入的晶体管。值得一提的是,这种光电器件只需要两束光输入,不需要外加电驱动。

分析表明,这种光控光电流增强特性源于器件的Ag与TiO2之间的肖特基势垒。多孔TiO2在一般情况下,表面有大量的化学吸附氧,表面能带向上弯曲,在与Ag接触后,便形成高势垒肖特基结(图3a)。近红外光照射到Ag薄膜上时,会激发表面等离激元,进而产生热电子。部分热电子会越过Ag与TiO2之间的肖特基势垒,进入TiO2一侧,进而产生光电流。由于肖特基势垒较高,越过势垒的热电子数量较少。而当紫外光照射到Ag/TiO2复合薄膜上时,TiO2内部产生的光生空穴可以从表面吸附的氧上夺取电子(去氧吸附),导致表面能带下降,进而使肖特基势垒下降。也就是说,通过紫外光照射可实现肖特基势垒高度的调节。随着肖特基势垒的降低,越过势垒进入TiO2一侧的热电子会大幅度增加,导致光电流有数量级的增加(图3b)。由此,通过控制紫外光的光强来调节肖特基势垒高度,可实现对输出热电子光电流的可控调节,即实现光电流输出的有效放大。

类比于三极管对电信号的放大、开关和调制等功能,这种Ag/TiO2复合薄膜全光输入的晶体管可用于对光电信号的增强、开关和调制(图4)。该项工作为未来光电器件的研制提供了重要参考。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金的资助。

图1. 光电流增强效应:紫外光照对器件近红外光响应的影响

图2. (a) 三极管的输出特性曲线,(b) Ag/TiO2复合薄膜的光电输出特性曲线。

图3. Ag/TiO2复合薄膜的光电响应过程能带图:(a) 近红外光(PS)激发的热电子越过高肖特基势垒,(b) 近红外光(PS)激发的热电子越过被紫外光(PG)降低后的肖特基势垒

图4. Ag/TiO2全光输入晶体管工作机理的应用

图5. Ag/TiO2全光输入晶体管工作机理的能带示意图(Frontispiece image)

原文标题:合肥研究院在光电晶体管的光调控方面取得进展

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MAT03 低噪声、双通道匹配PNP晶体管

和特点 双通道匹配PNP晶体管 低失调电压: 100 µV(最大值) 低噪声: 1 nV/√Hz(最大值,1 kHz) 高增益: 100(最小值) 高增益带宽:190 MHz(典型值) 精密增益匹配: 3%(最大值)产品详情 MAT03双通道单芯片PNP晶体管提供出色的参数匹配和高频性能。低噪声特性(1 kHz时最大值为1 nV/√Hz)、高带宽(典型值190 MHz)和低失调电压(最大值100 µV)使MAT03成为要求苛刻的前置放大器应用的绝佳选择。它能够在非常宽的集电极电流范围内提供精密电流增益匹配(最大不匹配为3%)和高电流增益(最小值100),因而非常适合电流镜应用。此外,低体电阻(典型值0.3 Ω)使MAT03同样是要求精确对数一致性应用的理想之选。 每个晶体管均经过独立测试,符合数据手册性能规格。在25°C和扩展工业及军用温度范围内保证器件性能。为确保匹配参数的长期稳定性,基极-发射极结上的内部保护二极管会箝位任何反向基极-发射极结电位,防止基极-发射极击穿,以免过大的击穿电流导致增益和匹配性能下降。 方框图...
发表于 02-22 12:41 15次 阅读
MAT03 低噪声、双通道匹配PNP晶体管

MAT01 匹配单芯片双通道晶体管

和特点 低VOS(VBE匹配): 40 μV(典型值);100 μV(最大值) 低TCVOS: 0.5 μV/°C(最大值) 高hFE: 500(最小值) 出色的hFE线性度:从10 nA至10 mA 低噪声电压: 0.23 μV p-p(0.1 Hz至10 Hz) 高击穿电压: 45 V(最小值) 产品详情 MAT01是一款单芯片双通道NPN晶体管。专有的氮化硅“三重钝化”工艺使器件的关键参数在温度和时间范围内具有出色的稳定性。匹配特性包括失调电压40µV、温度漂移0.15µV/°C及hFE匹配为0.7%。该器件通过60倍范围的集电极电流提供极高的h,包括在集电极电流仅为10nA的情况下具有出色的hFE 值590。该器件能够在较低集电极电流的情况下提供高增益,适合在低功耗、低电平输入级中使用。 方框图...
发表于 02-22 12:40 21次 阅读
MAT01 匹配单芯片双通道晶体管

MAT14 匹配单芯片四通道晶体管

和特点 低失调电压:400 μV(最大值) 高电流增益:300(最小值) 出色的电流增益匹配度:4%(最大值) 低电压噪声密度(100 Hz、1 mA):3 nV/√Hz(最大值) 出色的对数一致性:体电阻 rBE = 0.6 Ω (最大值) 所有晶体管保证匹配产品详情 MAT14是一款四通道单芯片NPN型晶体管,具有出色的参数匹配性能,适合精密放大器和非线性电路应用。MAT14的性能特征包括:在很宽的集电极电流范围内提供高增益(最小300)、低噪声(在100 Hz、IC = 1 mA条件下最大值为3 nV/√Hz)以及出色的对数一致性。失调电压典型值低至100 μV,精密电流增益匹配度可达4%以内。MAT14的每个晶体管均经过独立测试,符合数据手册性能规格。为使参数匹配(失调电压、输入失调电流和增益匹配),双晶体管组合中的每个晶体管均经过验证,达到了规定的限制要求。在25°C的环境温度和工业温度范围内保证器件性能。匹配参数的长度稳定性由各晶体管基极-发射极结上的保护二极管保证。这些二极管能够防止反向偏置基极-发射极电流导致β和匹配特性下降。MAT14的出色对数一致性和精确匹配特性使它非常适合用于对数和反对数电路。MAT14是需要低噪声和高增益的应用的理想选...
发表于 02-22 12:01 26次 阅读
MAT14 匹配单芯片四通道晶体管

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电是推动现代生活不可或缺的元素,它提供的热、光、力被广泛应用于各种电器产品中,为我们的生活提供了极大....
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华锐光电第五代液晶面板项目在郑州开工

漫天雪花舞,奋进脚步疾。2月18日上午,航空港实验区2019年第一批重点项目集中开工仪式在华润电力郑....
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哪些加快新一代电子信息产业发展的新举措

深入实施数字经济“一号工程”。坚持数字产业化、产业数字化,全面实施数字经济五年倍增计划,深入推进云上....
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XX nm制造工艺是什么概念?芯片的制造工艺常常用90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、....
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晶体管的问世,是20世纪的一项重大发明,是微电子革命的先声。晶体管出现后,人们就能用一个小巧的、消耗....
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电子元器件改变人类的生活,需要三个层面的技术:第一层是电子元器件的设计生产,第二层是利用电子元器件实....
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本书是一本电子元器件应用手册,全书介绍了各种元器件和常用典型电路,具体内容包括电路符号信息解说,外形....
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元器件库存拉响警报!调整期或将结束

大起大落的MLCC、存储,紧缺的CPU,功率,2019年将如何。
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