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長(zhǎng)春光機(jī)所研制出高性能微米線日盲紫外探測(cè)器

[導(dǎo)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(cè)技術(shù)相比，紫外探測(cè)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(diǎn)。因此此項(xiàng)探測(cè)技術(shù)有著極其廣泛的應(yīng)用前景及應(yīng)用需求，可用于紫外天文學(xué)、天際通信、火災(zāi)監(jiān)控、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)、石油工業(yè)和環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)等。

　　日盲光譜區(qū)是指波長(zhǎng)在200～280nm波段的紫外輻射，由于太陽(yáng)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(gè)波段大氣層中的背景輻射幾乎為零，所以稱(chēng)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(cè)技術(shù)相比，紫外探測(cè)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(diǎn)。因此此項(xiàng)探測(cè)技術(shù)有著極其廣泛的應(yīng)用前景及應(yīng)用需求，可用于紫外天文學(xué)、天際通信、火災(zāi)監(jiān)控、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)、石油工業(yè)和環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)等。近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員趙東旭帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)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(cè)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(zhǎng)法制備。這種方法所生長(zhǎng)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(wú)明顯界面缺陷和位錯(cuò)的存在。通過(guò)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(cè)器件。器件的響應(yīng)峰值在254 nm，響應(yīng)截至邊266nm，對(duì)日盲紫外光具有高靈敏度、高探測(cè)度、高量子效率和高速的響應(yīng)。在-6 V的電壓驅(qū)動(dòng)下，器件的明暗電流比可以達(dá)到106以上，響應(yīng)度可達(dá)到1.3×103 A/W, 探測(cè)率為9.91×1014 cm·Hz1/2/W，響應(yīng)時(shí)間小于20 μs，該結(jié)果為目前同類(lèi)器件當(dāng)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(guò)對(duì)器件的性能進(jìn)行深入的研究，發(fā)現(xiàn)器件具有雪崩增益，其增益高達(dá)104。

　　該團(tuán)隊(duì)多年從事半導(dǎo)體微納結(jié)構(gòu)光電器件的研制，在微納光探測(cè)器的研究中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，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(cè)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(cè)器等(J. Mater. Chem. C, 2014, 2,5005)。

器件的結(jié)構(gòu)示意圖以及各項(xiàng)性能指標(biāo)

[來(lái)源：長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所]