1、 引言

近年來，隨著導彈預警，臭氧空洞監測等需求的提出，日盲紫外光電探測器件的研發越來越重要，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，良好的熱穩定性和化學穩定性，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值，所謂光電特性包括：光生電流、光導等。本系統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，產生的光電流同時包含直流分量I_td和交流分量I_ta(λ)，用數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，用同樣光路已經測量了標準太陽能電池的光電流I_sd和I_sa(λ)，標準太陽電池的短路電流I_sc(AMx)和響應度R_s（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R_r(λ)為在某以波長λ_MAX，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I_tf(λ)，同樣在測量前，已經測量了已知反射率的ρ_s(λ)的標準反射板的反射光電I_sf(λ)，因此，其光譜反射率ρ_t(λ)為：

根據已經得到的光譜響應度和表面反射率得到太陽電池的內量子效率：

這里λ的單位為：µ_m，R_t(λ)的單位A/W。

2、 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，

圖2.1“DSR600-3110-DUV”紫外探測器光譜響應度標定系統

該系統使用激光驅動的紫外增強氙燈光源。與常規氙燈想比較，該系統使用的氙燈在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激光驅動的紫外增強氙燈光源與常規氙燈光源能量對比

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。發現峰值波長為 240nm (5.17 eV)，而帶邊是根據曲線導數值在 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現每次測試數據有差別，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異質結器件測試分析

圖3.4 樣品在320nm光照射下的IT曲線

從3.4圖可以發現，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。通過數據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圖可以發現，金剛石/Ga₂O₃異質結器件的峰值波長是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別，所以扣除暗電流會不太準確。

3、 結論  

DSR600系列光譜響應度測試系統，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，通過實驗結論去驗證理論分析，不斷改善器件工藝，使得器件向實際需要的方向發展。DSR600-3110-DUV系統在200-300nm有較強的光強，是針對日盲器件測試的*。

4、 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