近日，中國(guó)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(cè)薄膜器件方面取得進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Applied Materials & Interfaces上，并申請(qǐng)2項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。
紫外探測(cè)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(cè)、野外火災(zāi)遙感及生化檢測(cè)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于自然環(huán)境的不確定性，待測(cè)目標(biāo)的紫外光強(qiáng)度通常不高，環(huán)境中存在著大量對(duì)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(cè)器可檢測(cè)的紫外光信號(hào)非常弱。因此，提高紫外探測(cè)器對(duì)弱光的探測(cè)能力至關(guān)重要。然而，對(duì)于大部分半導(dǎo)體光導(dǎo)探測(cè)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(cè)率難以提升，限制了光導(dǎo)探測(cè)器在弱紫外光檢測(cè)方面的應(yīng)用。
針對(duì)上述問(wèn)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(cè)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(shí)，中間帶上儲(chǔ)存的載流子能補(bǔ)充到價(jià)帶上，并被光激發(fā)至導(dǎo)帶貢獻(xiàn)光生電流，因此中間帶半導(dǎo)體材料紫外探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)在降低暗電流的同時(shí)，保持器件較高的響應(yīng)度。研究團(tuán)隊(duì)采用磁控反應(yīng)濺射技術(shù)，沉積Bi摻雜SnO2薄膜，并通過(guò)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(cè)器件。測(cè)試結(jié)果顯示，器件暗電流降低至0.25nA，280nm波長(zhǎng)紫外光響應(yīng)度達(dá)到60A/W，外量子效率為2.9×104%，探測(cè)率達(dá)到6.1×1015Jones，紫外/可見(jiàn)光抑制比達(dá)103量級(jí)。器件的動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)195dB，這說(shuō)明Bi摻雜SnO2薄膜光導(dǎo)探測(cè)器可檢測(cè)極其微弱的紫外光（等效每秒300紫外光子），對(duì)較強(qiáng)的紫外光也可探測(cè)。