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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
[導讀] 在該光譜范圍內(nèi)，由于具有極低的背景噪音，同紅外探測技術(shù)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(yōu)點。因此此項探測技術(shù)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(jiān)控、汽車發(fā)動機監(jiān)測、石油工業(yè)和環(huán)境污染的監(jiān)測等。
日盲光譜區(qū)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(nèi)，由于具有極低的背景噪音，同紅外探測技術(shù)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(yōu)點。因此此項探測技術(shù)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(jiān)控、汽車發(fā)動機監(jiān)測、石油工業(yè)和環(huán)境污染的監(jiān)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(lǐng)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(jié)構(gòu)微米線采用一步CVD生長法制備。這種方法所生長的核殼結(jié)構(gòu)微米線，核層氧化鋅和殼層氧化鎵都是高晶體質(zhì)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(gòu)成了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)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(qū)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(jié)果為目前同類器件當中性能的結(jié)果，其主要性能高于目前商業(yè)Si雪崩二極管。通過對器件的性能進行深入的研究，發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jīng)驗，先后制備出基于仿生葉脈結(jié)構(gòu)的高靈敏度紫外光探測器(Nanoscale, 2013, 5, 2864)，以及基于交叉結(jié)構(gòu)的，具有高光譜選擇性的氧化鋅p-n同質(zhì)結(jié)紫外光探測器等(J. Mater. Chem. C, 2014, 2,5005)。
器件的結(jié)構(gòu)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]
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