郑州大学物理学院在氧化镓基日盲光电探测方面取得进展

日期:2021-10-26 来源:郑州大学物理学院阅读:473
核心提示:郑州大学物理学院材料物理研究所金刚石光电材料与器件团队在氧化镓超灵敏日盲光电探测方面取得进展,相关成果以Ultra-Sensitive Flexible Ga2O3Solar-Blind Photodetector ArrayRealized via Ultra-thin Absorbing Medium为题,发表在中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《Nano Research》上。
 近日,郑州大学物理学院材料物理研究所金刚石光电材料与器件团队在氧化镓超灵敏日盲光电探测方面取得进展,相关成果以Ultra-Sensitive Flexible Ga2O3Solar-Blind Photodetector ArrayRealized via Ultra-thin Absorbing Medium为题,发表在中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《Nano Research》上。论文第一作者为郑州大学物理学院博士研究生陈彦成,通讯作者为我院青年教师杨珣副教授、张元副教授以及单崇新教授。

光电探测器是光电系统的核心元器件之一,起到将光信号转变为电信号的作用。200-280 nm波段的太阳辐射因被大气层吸收和散射而不能到达地球表面,被称为日盲波段,工作于该波段的探测器可以避免太阳光的干扰,因此具有很高的信噪比和很低的虚警率,在通讯、导弹预警、火灾探测、导航定位和电晕放电检测等领域有广泛的应用前景,是光电探测领域的研究重点之一。氧化镓(Ga2O3)的禁带宽度为4.4-5.1eV,响应光谱覆盖大部分日盲波段,还具有化学和热稳定性好、易于大面积制备、击穿电场强度高等优点,因此被视为制备日盲探测器的理想材料。但现实中被探测目标在日盲区的信号非常微弱,如火焰探测中日盲信号强度只有nW/cm2量级,探测器对如此微弱信号的响应往往淹没在噪声中难以识别。虽然可以通过滤波法、双路消噪法、锁定接收法、取样积分法等对信号进行识别,但大大增加了成本,也降低了探测速度。尤其对于日盲成像、通讯和位置追踪等应用来说,需要对信号实时测量,而对微弱响应信号的测量是一件困难的事情,其噪声和干扰将影响到测量系统的分辨率、动态范围、信噪比和重复性。因此,提高Ga2O3探测器在微弱日盲信号下的响应,是其实用化的关键。

针对以上问题,我院研究人员通过构建具有超薄Ga2O3吸收介质的垂直肖特基结构,以减小载流子输运距离,从而抑制低光强下外量子效率衰减问题。同时为了保证光吸收效率,设计了Al/Al2O3/Ga2O3结构,利用多光束干涉在超薄的Ga2O3(< λ/4n)薄膜中实现了高光吸收效率。该结构能有效抑制低光强下外量子效率的衰减,也能提高相同光强下的光生子载流子密度,从而提高Ga2O3探测器在微弱日盲信号下的响应。最终利用该结构实现了高灵敏度的Ga2O3日盲探测阵列,并应用于微弱日盲信号(nW/cm2)的成像、光轨迹检查等。该研究结果有助于促进日盲区微弱信号检测与成像技术的发展,也有助于动推动Ga2O3日盲探测器的实用化进展。该工作得到了国家自然科学基金以及中国博士后基金等项目的资助。

全文链接:https://doi.org/10.1007/s12274-021-3942-6

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