科技日報記者 吳長鋒
記者29日從中國科大了解到，該校微電子學(xué)院龍世兵教授課題組基于低成本非晶氧化鎵材料，通過缺陷和摻雜工程實(shí)現(xiàn)了極端環(huán)境下依然表現(xiàn)超高靈敏度的日盲探測器。該方法為高性能、耐極端環(huán)境日盲紫外探測器的研制及應(yīng)用提供了一種可行的參考。相關(guān)成果日前在線發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。
日盲紫外光電探測器作為光譜探測不可或缺的部分，在導(dǎo)彈跟蹤、火災(zāi)預(yù)警和深空探測等諸多關(guān)鍵應(yīng)用場景中發(fā)揮著重要作用。在這些獨(dú)特的應(yīng)用場景中，日盲紫外光電探測器將不可避免地面對極端惡劣的環(huán)境，如高溫、高電場、高輻射。傳統(tǒng)的硅基日盲紫外探測器對紫外光靈敏度低、熱穩(wěn)定性差，難以滿足苛刻環(huán)境下高靈敏探測的需求。因此，亟須開發(fā)一種具有較高環(huán)境耐受性的高性能日盲紫外探測器。
氧化鎵作為新興的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有熱穩(wěn)定性好、禁帶寬度大、紫外吸收系數(shù)大、材料易加工等優(yōu)點(diǎn)，是日盲紫外探測較為理想的候選材料。然而，基于非晶氧化鎵材料開發(fā)高環(huán)境耐受性的高性能日盲紫外探測器還需解決其材料穩(wěn)定性差、缺陷密度高、漏電流大、持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)明顯等問題。
課題組通過缺陷及摻雜工程，成功設(shè)計(jì)出高性能且耐極端環(huán)境的氧化鎵日盲紫外探測器。該缺陷和摻雜工程，包括富鎵的氧化鎵非晶材料設(shè)計(jì)及后退火工藝以實(shí)現(xiàn)材料的重結(jié)晶及摻雜補(bǔ)償。與常規(guī)非晶富鎵氧化鎵器件相比，工程化處理的器件暗電流降低107倍、探測率提升102倍、響應(yīng)速度提升。同時，得益于子帶隙吸收的抑制，探測抑制比提升了105倍，顯示出器件優(yōu)異的光譜選擇性。在高溫、高壓、高輻射等極端條件下，器件依然保持較高的探測性能，實(shí)現(xiàn)了高溫下的清晰日盲成像驗(yàn)證。
這一研究成果使得缺陷和摻雜工程為低成本、超靈敏、耐極端環(huán)境的日盲探測器的實(shí)現(xiàn)提供了可行的參考策略，也為其他光電器件的工程設(shè)計(jì)提供潛在的啟示。
（中國科大供圖）
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