基于大面积自组装hBN薄膜的超低暗电流真空紫外光探测器

近日，“2023功率与光电半导体器件设计及集成应用论坛”于西安召开。论坛由第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）指导，西安交通大学、极智半导体产业网（www.casmita.com）、第三代半导体产业主办，西安电子科技大学、中国科学院半导体研究所、第三代半导体产业技术创新战略联盟人才发展委员会、全国半导体应用产教融合（东莞）职业教育集团联合组织、西安和其光电股份有限公司等单位协办。

紫外光探测器(PDs)在军事预警系统、火焰监测、光通讯等领域具有重要应用。hBN做紫外光探测器具有诸多优势，物理化学性能稳定好，抗辐射能力强，能够适应各种恶劣的环境；热稳定强、热导率高、热膨胀系数低能够避免器件因热导致性能下降；禁带宽度在5.7 eV以上，带边吸收系数高（7.5×105 cm-1）；介电常数低，使器件具有更低的噪声和快的响应速度；击穿场强高，使器件能在高压下工作，保证载流子高的漂移速度，有益于响应度和速度的提升等。目前制备hBN薄膜均需要高真空、高温、特殊气体且对衬底要求高，一定程度上限制了hBN-PDs的制备。

期间，“平行论坛2：光电子器件及应用”上，西安交通大学张启凡带来了“基于大面积自组装hBN薄膜的超低暗电流真空紫外光探测器”的主题报告，分享了最新研究进展。

六方氮化硼(hBN)是制备真空紫外探测器(VUV PDs)最有前途的候选材料之一。然而，大面积hBN的高效、低成本制备仍然面临许多挑战。

研究提出了一种经济有效的方法，即快速、高效率地利用hBN纳米片(BNNSs)薄膜制备高性能VUV PDs。根据hBN特有的层状结构，通过超声辅助法破坏hBN层与层之间弱的范德华力，从块体hBN中剥离出少层的BNNSs。随后在油水界面通过自组装技术将剥离的BNNSs组装成大面积有序的薄膜。

目前实验上已经能轻松实现2英寸薄膜的制备。在这种薄膜中，由于每个BNNS均存在表面态，在每个相邻的BNNSs的接触界面存在一个结势垒，这些结势垒主导着薄膜的电阻率。薄膜中的电子的传输需要跨过结势垒，从而导致大量的电子被结势垒消耗，器件表现出超低的暗电流。光照产生的载流子能够降低表面势，使结势垒高度降低，从而增强电流的强度。

审核编辑：刘清