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長春光機所研制出高性能微米線日盲紫外探測器
長春光機所研制出高性能微米線日盲紫外探測器
[導讀] 在該光譜范圍內，由于具有極低的背景噪音，同紅外探測技術相比，紫外探測具有虛警率低、不需低溫冷卻、不掃描、告警器體積小、重量輕等優點。因此此項探測技術有著極其廣泛的應用前景及應用需求，可用于紫外天文學、天際通信、火災監控、汽車發動機監測、石油工業和環境污染的監測等。
日盲光譜區是指波長在200～280nm波段的紫外輻射，由于太陽輻射在這一波段的光波幾乎*被地球的臭氧層所吸收，即在這個波段大氣層中的背景輻射幾乎為零，所以稱為“日盲"。在該光譜范圍內，由于具有極低的背景噪音，同紅外探測技術相比，紫外探測具有虛警率低、不需低溫冷卻、不掃描、告警器體積小、重量輕等優點。因此此項探測技術有著極其廣泛的應用前景及應用需求，可用于紫外天文學、天際通信、火災監控、汽車發動機監測、石油工業和環境污染的監測等。近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員趙東旭帶領的團隊采用氧化鋅/氧化鎵核/殼微米線，研制出具有雪崩增益的高靈敏度日盲紫外探測器(Nano Lett. 2015, 15, 3988?3993)。
氧化鋅/氧化鎵核殼結構微米線采用一步CVD生長法制備。這種方法所生長的核殼結構微米線，核層氧化鋅和殼層氧化鎵都是高晶體質量的單晶，并且兩種材料的界面非常陡峭，無明顯界面缺陷和位錯的存在。通過在核層與核層分別制備金屬電極，就構成了異質結結構的日盲紫外探測器件。器件的響應峰值在254 nm，響應截至邊266nm，對日盲紫外光具有高靈敏度、高探測度、高量子效率和高速的響應。在-6 V的電壓驅動下，器件的明暗電流比可以達到106以上，響應度可達到1.3×103 A/W, 探測率為9.91×1014 cm·Hz1/2/W，響應時間小于20 μs，該結果為目前同類器件當中性能的結果，其主要性能高于目前商業Si雪崩二極管。通過對器件的性能進行深入的研究，發現器件具有雪崩增益，其增益高達104。
該團隊多年從事半導體微納結構光電器件的研制，在微納光探測器的研究中積累了豐富的經驗，先后制備出基于仿生葉脈結構的高靈敏度紫外光探測器(Nanoscale, 2013, 5, 2864)，以及基于交叉結構的，具有高光譜選擇性的氧化鋅p-n同質結紫外光探測器等(J. Mater. Chem. C, 2014, 2,5005)。
器件的結構示意圖以及各項性能指標
[來源：長春光學精密機械與物理研究所]