响应度均超70mA/W，郑大、厦大紫外探测器有新进展

UVLED风向 · 2023-05-23

行家说UV 导读：

近期，郑州大学和厦门大学在日盲紫外探测器有新进展。

郑州大学：在二维高性能日盲紫外电探测器获进展

近期，郑州大学物理学院材料物理研究所在二维高性能日盲紫外电探测器研究方面取得积极进展。

据了解，高性能紫外光电探测器在军事和民用领域有着极其迫切的应用需求，如火焰检测，导弹警告，安全通信，化学/生物传感等。然而，大多数紫外光电二极管是由超宽带隙半导体制成。这些材料的合成通常需要复杂的制备技术，包括分子束外延和金属有机化学气相沉积，因此带来了大量的时间消耗和高昂的成本。此外，宽禁带薄膜和衬底之间的晶格匹配问题会导致严重的器件性能下降。

为了解决这些关键问题，郑州大学研究团队通过简单的转移工艺成功制备了高质量的2D/3D PtSe2/β-Ga2O3范德华异质结，有效地避免了复杂的器件制备过程。同时，得益于精心设计的垂直器件结构和透明石墨烯电极的有效载流子收集，石墨烯/PtSe2/β-Ga2O3异质结光电探测器展示出了出色的器件性能，在零偏压下对深紫外光的响应度为76.2 mA/W，比探测率约为1013Jones，紫外可见抑制比高达1.8×104，以及1.2 微秒超快的响应时间。该器件的性能优于大多数基于2D材料的紫外光电探测器，并且可与商用光电二极管相媲美。

此外，石墨烯/PtSe2/β-Ga2O3异质结光电探测器展示出了高分辨率和高对比度的日盲紫外的成像能力。

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厦门大学：研发出异质结自供电日盲紫外光电探测器

此前，厦门大学张洪良、程其进课题组基于Ga2O3研发了一种具有全耗尽有源区的pin（p-GaN/i-Ga2O3/n-Ga2O3）异质结自供电日盲紫外光电探测器。该pin异质结光电探测器具有优越的日盲探测能力，在无外部电源供电的情况下器件展示出较高的响应度（72 mA/W）、较高的探测率（3.22×1012Jones）、高的光暗电流比（1.88 × 104）。器件具有较快的响应速度（上升时间为7 ms，下降时间为19 ms）以及良好的动态响应特性（在248 nm的脉冲激光激发下下降时间为185μs）；并且器件具有良好的稳定性，经过长时间的开关或者放置之后器件的响应特性几乎没有变化。

研究团队发现，通过对耗尽区宽度的严格调控，使得Ga2O3/GaN pin异质结光电探测器中作为主要光吸收区（有源区）的i-Ga2O3层完全耗尽，可以显着提升光电探测器的性能，主要原因如下：

第一，在大多数的pn结型光电探测器中，由于耗尽区较窄，大部分的光生载流子处于耗尽区之外，并且在扩散过程中容易被复合，只有一小部分光生载流子能进入耗尽区，对光电流产生贡献，导致光电探测器响应度较低，而本文中制备的光电探测器具有较宽的耗尽区可以更有效的分离光生载流子，减少了光生载流子复合的几率，提高了光吸收效率，使得光电探测器的响应度提升；

第二，由于本文中制备的光电探测器具有一个全耗尽的有源区，当光照射到光电探测器时，光生载流子可以直接在耗尽区中内建电场的作用下做高速的漂移运动，避免了漫长的扩散过程，从而显着提升了光电探测器的响应速度；第三，低载流子浓度的i-Ga2O3层使得光电探测器的暗电流被抑制，提高了光电探测器的探测率。

来源：郑州大学、厦门大学

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