近日，中國科學院合肥物質科學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，相關結果發(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鏡、軍事導彈預警、非視距保密光通信、海上破霧引航、高壓電暈監(jiān)測、野外火災遙感及生化檢測等方面具有廣泛的應用前景。但在實際應用時，由于自然環(huán)境的不確定性，待測目標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，導致最終到達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重要。然而，對于大部分半導體光導探測器而言，響應度高的器件常伴隨著較高的暗電流；提高材料質量，減少缺陷可降低器件暗電流，但響應度隨之減小。因此，器件探測率難以提升，限制了光導探測器在弱紫外光檢測方面的應用。
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上，提出以中間帶半導體為核心材料構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)至導帶貢獻光生電流，因此中間帶半導體材料紫外探測器能夠實現(xiàn)在降低暗電流的同時，保持器件較高的響應度。研究團隊采用磁控反應濺射技術，沉積Bi摻雜SnO2薄膜，并通過優(yōu)化實驗設計和參數(shù)，構筑出了基于中間帶半導體薄膜的光導型紫外探測器件。測試結果顯示，器件暗電流降低至0.25nA，280nm波長紫外光響應度達到60A/W，外量子效率為2.9×104%，探測率達到6.1×1015Jones，紫外/可見光抑制比達103量級。器件的動態(tài)范圍高達195dB，這說明Bi摻雜SnO2薄膜光導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。