Influence of nitrogen doping on photoconductivity of 3C-sic ultraviolet photodetectors (UVPD)

Abstract

Son yıllarda, ince film ultraviole fotodetektörlerde (UVPD) katkılama yapılmasından dolayı, ultraviyolefotodetektörlerin (UVPD) fotoiletken özelliklerinde önemli iyileştirmeler yapmak için büyük ilgi topladı.Si substratı üzerinde metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) tekniği ile çok adımlı büyümeişlemi ile sentezlenen tek kristal 3C-SiC ince film ve yerinde katkılama tekniği ile nitrojen katkılamagerçekleştirilmiştir. Silisyum karbürde (3C-SiC UVPD) nitrojen katkılamanın bir sonucu olarak UV ışığaolan tepki süresi, duyarlılık, kararlılık, tekrarlanabilirlik ve güvenilirlik gibi fotoiletken özelliklerinkatkısız 3C-SiC UVPD'ye kıyasla iyileştirilmesi ilk kez bu çalışmada incelenmiştir. Azot katkılı 3C-SiCUVPD numuneleri, yani 8 standart santimetre küp (sccm) azot katkılı numune ve 1 sccm azot katkılınumune ve katkısız 3C-SiC-UVPD numunesinin tümü üstün hassasiyet, çok hızlı tepki süresi, düşükkaranlık akım ve yüksek kararlılık değerleri göstermiştir. Bu cihazlar arasında 8 sccm nitrojen katkılı 3CSiC-UVPD, 1,94 x 105 ile en yüksek hassasiyete, 0,11 s ışığa tepki verme süresi ve 0,20 s ışığın etkisiniyitirme süreleri gibi hızlı tepki sürelerine ve 254 altında 20 V'de 1,95 x 103 İon/ Ioff oranına sahiptir. 8sccm nitrojen katkılı 3C-SiC-UVPD tarafından sergilenen bu eşsiz performans, nitrojen katkılamanıngelişmiş fotoiletkenliğe yol açtığı gerçeğini benimser. Özetlemek gerekirse, nitrojen katkılamauygulayarak 3C-SiC-UVPD'nin fotoiletken özellikleri geliştirilip mikrofotonik ve mikroelektronikuygulamalarda kullanılabilek son derece uygun maliyetli, yüksek verimlilikte materyallergeliştirilebilinir.

In recent years, the introduction of doping in thin films Ultraviolet Photodetectors (UVPD) have amassedhuge interest owing to significant improvement in photoconductive properties of UltravioletPhotodetectors (UVPD). Single crystal 3C-SiC thin film synthesized via multistep growth process bymetal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) technique on Si substrate and nitrogen doping wascarried out by in-situ doping technique. Enhancement of photoconductive properties such as responsetime, photosensitivity, stability, repeatability and reliability as a result of nitrogen doping in the siliconcarbide (3C-SiC UVPD) as compared to undoped 3C-SiC UVPD have been first time investigated in thisstudy. Nitrogen doped 3C-SiC-UVPD samples i.e. 8 standard cubic per centimeter (sccm) nitrogen dopedsample and 1 sccm nitrogen doped sample, and undoped 3C-SiC-UVPD sample have all demonstratedsuperior photosensitivity, very fast response time, low dark current, and high stability. Among thesedevices, 8 sccm nitrogen doped 3C-SiC-UVPD has the highest photosensitivity of 1.94 x 105 %, rapidresponse time with 0.11 s rise time and 0.20 s decay time, and Ion/ Ioff ratio of 1.94 x 103 at 20V under 254nm UV illumination. This unparalleled performance exhibited by the 8 sccm nitrogen doped 3C-SiCUVPD espouses the fact that nitrogen doping leads to enhanced photoconductivity. To sum it up, thephotoconductive properties of highly cost-effective 3C-SiC-UVPD employed in emerging microphotonicand microelectronic applications can be improved by introducing nitrogen doping.