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氧化镓基日盲紫外探测器

2021-12-16 11:51| 发布者：Davis| 查看：687| 评论：0|原作者: 中国光学

摘要：本文介绍了氧化镓基日盲紫外探测器的研究进展，主要围绕氧化镓微/纳米结构、磷掺杂以及光响应度、外量子效率等方面展开。研究结果表明，磷掺杂能够有效提高氧化镓器件的紫外探测性能，日盲紫外探测器在对微弱紫外光的检测中具有很好的应用前景。

近年来，日盲紫外探测器因其背景干扰弱、错误预警率低，有望应用于军事、生物、医学和民用领域。宽带隙半导体材料被认为是制备日盲紫外探测器的热门选择。氧化镓（β-Ga₂O₃）具有带隙宽（4.9 eV）、吸收系数大等特点，其截止波长约为250 nm，是一种非常有前途的日盲紫外探测器材料。与β-Ga₂O₃薄膜和块体材料相比，其微/纳米结构具有许多优异的性能，如高结晶质量和量子尺寸效应等。

辽宁师范大学冯秋菊教授团队自2012年起开展氧化镓微/纳米结构的研究工作，制备出了氧化镓纳米球、纳米线、纳米带和大尺寸的微米线等多种形貌的微/纳米结构，对微/纳结构制作的功率器件和紫外探测器件进行了研究。

该团队首次提出将磷掺入氧化镓微米线中，并利用该单根微米线制作出了日盲紫外探测器，获得了良好的紫外探测性能，为高性能紫外探测器的研制提供了思路。

近日，该团队在《发光学报》（EI、Scopus收录，中文核心期刊）发表了题为“单根磷掺杂β-Ga₂O₃微米线日盲紫外探测器性能”的研究论文。该工作，基于单根磷掺杂β-Ga₂O₃微米线制成金属半导体金属（MSM）型日盲紫外探测器，成功实现了对254 nm紫外光的高响应特性。

为使广大同仁了解该课题组近年来在这一领域开展的相关工作，课题组应编者邀请撰写了本篇报道。

图1：单根磷掺杂β-Ga₂O₃微米线日盲紫外探测器原理图

研究人员通过化学气相沉积法(名词解释>)生长出不同磷掺杂β-Ga₂O₃微米线，基于微米线制作出了单根不同磷掺杂微米线的日盲紫外探测器，其中以磷含量为2.3%微米线制作的器件，其光电探测性能最佳。

图2：10 V偏压下器件A～D（磷的含量分别为0，1.0%，2.3%和3.4%）在254 nm紫外光照下的响应时间曲线

特别地，最佳掺杂量器件C对254 nm紫外光具有良好的响应，并表现出优异的重复性和稳定性。器件光暗电流比约为2×10³，其上升时间为47 ms，下降时间为31 ms。器件的光响应度和外量子效率可达6.57 A/W和3213%。光响应度和外量子效率随着光功率的增大而减小，研究表明该日盲紫外探测器在对微弱紫外光的检测中具有很好的应用前景。