合肥研究院高性能紫外光探測器研究取得進(jìn)展

　　近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員李廣海課題組在高性能紫外光探測薄膜器件方面中取得進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上，并申請國家發(fā)明專利2件。

　　紫外探測器在空間天文望遠(yuǎn)鏡、軍事導(dǎo)彈預(yù)警、非視距保密光通信、海上破霧引航、高壓電暈監(jiān)測、野外火災(zāi)遙感及生化檢測等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際應(yīng)用時，由于自然環(huán)境的不確定性，待測目標(biāo)的紫外光強(qiáng)度通常不高，環(huán)境中存在著大量對紫外光具有強(qiáng)吸收和散射能力的氣體分子或塵埃，導(dǎo)致最終到達(dá)探測器可檢測的紫外光信號非常弱。因此，提高紫外探測器對弱光的探測能力至關(guān)重要。探測率(detectivity)是衡量探測器件對弱光檢測能力的重要指標(biāo)，探測率由響應(yīng)度（responsivity）和暗電流密度共同決定。響應(yīng)度越高，暗電流密度越低，器件的探測率越高。高探測率更有利于弱紫外光的探測。然而，對于大部分半導(dǎo)體光導(dǎo)探測器而言，響應(yīng)度高的器件常伴隨著較高的暗電流；提高材料質(zhì)量，減少缺陷可降低器件暗電流，但響應(yīng)度隨之減小。因此，器件探測率難以提升，限制了光導(dǎo)探測器在弱紫外光檢測方面的應(yīng)用。

　　針對上述問題，李廣海課題組的副研究員潘書生等在前期透明高阻薄膜的研究基礎(chǔ)上，提出以中間帶半導(dǎo)體為核心材料構(gòu)筑紫外探測器的新方法。中間帶具有高態(tài)密度，能夠有效俘陷本征缺陷在導(dǎo)帶上產(chǎn)生的電子，從而降低器件暗電流；另一方面，光照時，中間帶上儲存的載流子能補(bǔ)充到價帶上，并被光激發(fā)至導(dǎo)帶貢獻(xiàn)光電流，因此中間帶半導(dǎo)體材料紫外探測器能夠?qū)崿F(xiàn)在降低暗電流的同時，保持器件較高的響應(yīng)度。采用磁控反應(yīng)濺射技術(shù)，沉積Bi摻雜SnO2薄膜，并通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和參數(shù)，構(gòu)筑出了基于中間帶半導(dǎo)體薄膜的光導(dǎo)型紫外探測器件。性能測試結(jié)果顯示，器件暗電流降低至0.25nA，280nm波長紫外光響應(yīng)度達(dá)到60A/W，外量子效率為2.9×104%，探測率達(dá)到6.1×1015Jones，紫外—可見光抑制比達(dá)103量級。器件的動態(tài)范圍高達(dá)195dB，這說明Bi摻雜SnO2薄膜光導(dǎo)探測器可檢測極其微弱的紫外光（等效每秒300紫外光子），對較強(qiáng)的紫外光也可探測。

　　該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金與合肥研究院固體所所長基金的支持。

　　論文鏈接：1 2

Bi摻雜SnO2薄膜光導(dǎo)探測器件性能：(a) 響應(yīng)度，(b) 外量子效率，(c) 探測率和 (d) 噪聲等效功率。