近日，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取得進展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Applied Materials & Interfaces上，并申請2項國家發(fā)明專利。
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。但在實際應(yīng)用時，由于自然環(huán)境的不確定性，待測目標(biāo)的紫外光強度通常不高，環(huán)境中存在著大量對紫外光具有強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。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，能夠有效俘獲本征缺陷在導(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充到價帶上，并被光激發(fā)至導(dǎo)帶貢獻光生電流，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。研究團隊采用磁控反應(yīng)濺射技術(shù)，沉積Bi摻雜SnO2薄膜，并通過優(yōu)化實驗設(shè)計和參數(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。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），對較強的紫外光也可探測。