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苏州医工所在压电材料及紫外光子探测器研究方面取得进展
发表日期: 2017-12-15 作者: 郭振
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  由于背景噪声干扰小、通信准确率高的特点,紫外光子探测技术具有虚警率低、不需低温冷却、不扫描、告警器重量轻等诸多优点,紫外探测技术研究在紫外制导、导弹识别跟踪、舰载通讯等国防领域具有重大战略意义。除此之外,这项技术在电网安全监测、医学成像、海上搜救、环境与生化检测等民生领域也有重要应用价值。近年来,基于固态压电半导体材料的紫外光子探测技术因其小体积、长寿命、低功耗等优点,逐步取代了真空光电管紫外探测技术。因此,基于压电半导体材料的紫外探测技术研究成为了当前的热点话题。目前,国内外对紫外光子探测技术的研究也逐步深入,如何进一步提高紫外光子探测器的灵敏度及响应速度一直是广大研究者关注的焦点之一。 

  中科院苏州医工所周连群团队郭振博士等在美国化学学会国际知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces期刊发表一篇关于压电材料与紫外光子探测器方面的SCI论文,文章从多个关键因素考虑设计了基于压电材料的紫外光子探测器,并从机理方面详细分析了所取得的研究结果(图1)。具体地:文章设计了一种基于ZnO压电材料构的紫外光子探测器, 基于光子有效捕获、表面等离子体共振、压电光子效应及表界面载流子传输等因素的有效调控,设计的紫外探测器在低偏压紫外光(380 nm)辐射下,探测器正反面照射下探测率分别达到: 1.69 x 1016/1.71 x 1016 Jones,其紫外探测器响应时间为数个毫秒量级。此外, 实验结果发现, 通过有效的表界面载流子传输调制,基于 ZnO 压电材料的探测器在紫外光谱区可以实现可选择的光子探测。在紫外光子照射下,探测器响应信号受制于有源层、载流子扩散长度、电场强度等多个因素(图2)。相关工作已发表在美国化学学会国际知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上,Publication Date: August 17, 2017 , DOI: 10.1021/acsami.7b08066,影响因子7.504SCI一区杂志)。 

  研究工作得到中国科学院、科技部、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省产业技术研究院的项目资助。 

 

  1. 紫外光子探测器结构示意图及改变辐射有源层时的光谱响应曲线。 

 

  2ZnO 紫外光子探测器性能分析;(a-g)表面Au修饰、有源层、载流子扩散长度、电场强度等因素影响探测信号曲线;(h-i)紫外探测器on-off重复性及响应时间测试。 

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