利用有机分子层对AlN进行表面改性以提高深紫外光电探测器性能

摘要： 氮化铝（AlN）具有6.2电子伏特的直接宽禁带、高温稳定性和抗辐射性，是深紫外（UV）光电探测的理想半导体材料。然而，AlN表面存在的大量表面态会显著影响其器件的性能和可靠性。本研究探究了单层有机分子钝化AlN表面态的潜力，从而提升了基于AlN的金属-半导体-金属（MSM）深紫外光电探测器性能。成功将介-5,10,15-三苯基-20-(对羟基苯基)卟啉锌(II)配合物（ZnTPP(OH)）有机分子吸附于AlN表面，形成自组装单分子层（SAM）。通过接触角测量、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）对分子层进行了表征。AlN表面修饰使探测器暗电流降低十倍且未影响光电流强度（尤其在低电压下），光电导增益比（PDCR）在-2V时从930提升至7835，响应度在5V时从0.3 mA/W增至0.6 mA/W。此外，表面修饰后探测器的上升/下降时间均缩短。结果表明卟啉分子自组装单分子层有效钝化了AlN表面态，从而显著改善了光电探测器性能。