六方氮化硼薄膜的制备及紫外光电性能研究.pdf

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要

继可见光、红外光之后，紫外光电探测技术已成为一种重要的深空探测手

段，其在行星大气观测、太阳日常活动和演化规律观测、行星紫外散射辐射特征

探测方面展现出独特优势。因此，制备优良的紫外光电材料是紫外光电探测器的

重要研究方向之一。单晶硅是目前用于紫外光电探测器中最常见的半导体材料，

但其紫外光反射率高、禁带宽度窄，其器件的灵敏度和探测率不能满足现有紫外

探测的需求。六方氮化硼（h-BN）薄膜因其禁带宽度大、化学及热稳定性好和

紫外吸收系数高等优异物理特性，在紫外光电探测领域具有较大的应用前景。但

目前无法稳定地获得高质量大尺寸的h-BN薄膜，是阻碍其在紫外光电探测应用

的一大难点。基于此，本文通过常压化学气相沉积（APCVD）方法在铜镍合金

衬底上生长高质量大尺寸的h-BN薄膜，研究其生长条件以及其深紫外光电探测

单元的光电性能。主要研究内容如下：

（1）通过电化学处理铜箔，制备了高质量的铜镍合金。得益于铜镍合金低

形成能和超光滑表面的优势，可以在铜镍合金衬底上通过APCVD方法制备高

质量大尺寸的h-BN薄膜，其中Cu-Ni合金基底中Ni的含量为5%时基底平整度

最优。同时，研究了不同生长条件下对h-BN薄膜生长质量的影响，当h-BN薄

膜生长时间为10min时，Cu-Ni合金基底上的h-BN薄膜已连成膜并完全覆盖基

底表面。最终，对样品的形态特征和元素组成对进行了表征和分析，证实了采用

APCVD法可以在铜镍合金衬底上生长出高质量大尺寸的h-BN薄膜。这种生长

方式为h-BN薄膜生长提供了新的思路，有利于h-BN基器件的制备和性能改善。

（2）使用上述生长的h-BN薄膜，制备了金属-半导体-金属（MSM）型h-BN

薄膜深紫外光电探测单元，并对其光电性能进行深入研究。研究表明，h-BN紫外

光电探测器表现出较高的光响应度和优异的稳定性。此外，研究了h-BN薄膜厚度

对探测器器件光电性能的影响。当h-BN厚度为~5.61nm时，h-BN深紫外光电探

测单元表现出较高的光响应度（13.6mA/W）、较大的光暗电流比（375）、较快的

响应速度（Tr≈0.61s、Td≈1.78s）优异的稳定性，证明了h-BN光导型光电探测

器件具有一定的实用性，进一步推动了h-BN薄膜在紫外探测中的应用。

关键词：六方氮化硼；电化学镀镍；铜镍合金基底；紫外光电探测单元；常压化学

气相沉积

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

Abstract

Withthedevelopmentofvisiblelightandinfraredlight,ultravioletphotoelectric

detectiontechnologyhasbecomeanimportantmeansofdeepspaceexploration.Ithas

shownuniqueadvantagesinplanetaryatmosphereobservation,solardailyactivitiesand

evolutionlawobservation,anddetectionofultravioletscatteredradiationcharacteristics

ofplanets.Therefore,thepreparationofexcellentUVphotoelectricmaterialsisoneof

theimportantresearchdirectionsofUVphotodetector.Singlecrystalsiliconisthemost

commonsemiconductormaterialusedinultravioletphotodetectorsatpresent.H