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长春光机所研制出高性能微米线日盲紫外探测器

导读: 日盲光谱区是指波长在200~280nm波段的紫外辐射,由于太阳辐射在这一波段的光波几乎完全被地球的臭氧层所吸收,即在这个波段大气层中的背景辐射几乎为零,所以称为“日盲”。

  日盲光谱区是指波长在200~280nm波段的紫外辐射,由于太阳辐射在这一波段的光波几乎完全被地球的臭氧层所吸收,即在这个波段大气层中的背景辐射几乎为零,所以称为“日盲”。在该光谱范围内,由于具有极低的背景噪音,同红外探测技术相比,紫外探测具有虚警率低、不需低温冷却、不扫描、告警器体积小、重量轻等优点。因此此项探测技术有着极其广泛的应用前景及应用需求,可用于紫外天文学、天际通信、火灾监控、汽车发动机监测、石油工业和环境污染的监测等。近日,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员赵东旭带领的团队采用氧化锌/氧化镓核/壳微米线,研制出具有雪崩增益的高灵敏度日盲紫外探测器(NanoLett.2015,15,3988-3993)。

  氧化锌/氧化镓核壳结构微米线采用一步CVD生长法制备。这种方法所生长的核壳结构微米线,核层氧化锌和壳层氧化镓都是高晶体质量的单晶,并且两种材料的界面非常陡峭,无明显界面缺陷和位错的存在。通过在核层与核层分别制备金属电极,就构成了异质结结构的日盲紫外探测器件。器件的响应峰值在254nm,响应截至边266nm,对日盲紫外光具有高灵敏度、高探测度、高量子效率和高速的响应。在-6V的电压驱动下,器件的明暗电流比可以达到106以上,响应度可达到1.3×103A/W,探测率为9.91×1014cm·Hz1/2/W,响应时间小于20μs,该结果为目前同类器件当中性能最好的结果,其主要性能高于目前商业Si雪崩二极管。通过对器件的性能进行深入的研究,发现器件具有雪崩增益,其增益高达104。

  该团队多年从事半导体微纳结构光电器件的研制,在微纳光探测器的研究中积累了丰富的经验,先后制备出基于仿生叶脉结构的高灵敏度紫外光探测器(Nanoscale,2013,5,2864),以及基于交叉结构的,具有高光谱选择性的氧化锌p-n同质结紫外光探测器等(J.Mater.Chem.C,2014,2,5005)。

  所制备核壳微米线的透射电子显微镜图

  器件的结构示意图以及各项性能指标

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