石墨烯-β-氧化镓异质结高度敏感深紫外探测器的应用

深紫外光电探测器在军事上具有红外光电探测器不可替代的优势,尤其在紫外通信、导弹预警与追踪、电子对抗等领域。传统的深紫外光电探测器的结构使器件的工作性能容易受到环境的影响,并且器件一般都是利用宽禁带半导体来制备,但是此种半导体与金属不易形成良好的接触,再加上传统MSM结构的器件光信号利用率比较低,使得常见的深紫外光电探测器响应度和探测率不理想。因此,重复性好、稳定性强、响应度和探测率高的深紫外光电探测器的研发一直是研究的热点。目前,国内对深紫外光电探测器的研究也逐步深入,量子阱深紫外光电探测器也得到相应的发展。

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近日,合肥工业大学罗林保教授研究团队提出一种新颖的MSM结构的器件,并对其电极的接触进行了改进,开创性地将透光性好,电子迁移率高的电子材料石墨烯和高质量的β-Ga2O3单晶片引入到深紫外光电探测器的结构中,成功地研发出结构简单、成本低、但探测率高和稳定性好的深紫外光电探测器(Deep ultraviolet photodetector, DUVPD)。该DUVPD在20V偏压下的探测率高达5.92×1013 Jones,且它的量子效率达到了1.96×104 %,为了测试其重复性和稳定性,本研究对DUVPD共采用55个ON/OFF循环测试,对比一个月之前和一个月之后的测试结果发现该DUVPD具有非常强的稳定性。光电测试结果表明这种改进的MSM结构能够大幅提升其光电转化率以及探测率,并且在254 nm光谱的位置,DUVPD的光电流达到了mA级。另外,光谱分析结果显示,该DUVPD具有非常强的光谱选择性,在深紫外区域(光波长小于280 nm,也称为“日盲”区域)响应非常明显,这些优异的特性使得该DUVPD在光电系统中具有重要潜在的应用,此项研究成果对于提升和改善我国的深紫外光电探测技术水平具有重要的参考意义。

相关研究成果发表于Advanced Materials ( DOI:10.1002/adma.201604049 )上。