β-氧化镓@ZnO纳米线日盲紫外探测器构筑及物性研究

基本信息
批准号:61874133
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:郭振
学科分类:
依托单位:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈洪波,李金泽,姚佳,张芷齐,孔慧,李敬,朱文艳
关键词:
纳米线氧化镓氧化锌异质结紫外光电探测器
结项摘要

The solar blind ultraviolet photodetectors have important strategic significance and application value in the fields of national defense and People's livelihood. Due to the limitation of its structure and material quality, the traditional solar blind ultraviolet photodetector has disadvantages such as large incident light loss and low collection efficiency of photogenerated carriers. Nanowire material owns properties such as large ultra-high intrinsic photoelectric gain, multi-array light-confining effect and photoconductive gain. In this study, wide bandgap semiconductor material β-Ga2O3@ZnO is applied as the active layer of the device, to achieve the optimal absorption of the photons in the active layer and the effective collection of the light generated carriers, 002-oriented ZnO nanowires are utilized both as photon trapping skeleton structure and a high diffusion length carrier transport layer to reduce the incident photon loss meanwhile working as the effective separation of the light-generated carriers, flexible graphene with high carrier mobility is explored as an adaptive coupling electrode for the efficient collection of light-generated carriers for reducing the optical loss of the device and improving the detectivity. The intrinsic physical mechanism of photoelectric conversion efficiency and optical loss effects for the photoelectric detector structure will be explored to construct a reliable physical model of photoelectric device. The basic physical problems of core-shell structure materials and photoelectric detector components during the process of quality improvement will be studied in-depth. It provides a feasible method and theoretical support for the construction of a high sensitivity solar blind ultraviolet photodetector.

日盲紫外光电探测器在国防及民生等领域有着重要的战略意义及应用价值。目前,传统的日盲紫外光电探测器因受自身结构和材料质量的限制,存在入射光子损耗大、光生载流子有效收集率低等缺点。纳米线材料拥有超高内禀光电增益、多阵列限光效应以及光导增益特性。本项目拟采用宽禁带半导体材料β-氧化镓@ZnO作为器件的有源层,002取向的ZnO纳米线阵列作为有效的光子捕获骨架结构及高扩散长度载流子传输层,以降低入射光子损耗及实现光生载流子的有效分离,超高载流子迁移率柔性石墨烯作为自适应耦合电极实现光生载流子的高效收集,实现有源层内光子的最优吸收及光生载流子的有效收集,以降低器件光损耗及提高探测率。探索光电探测器结构中光电转化效率与光损耗效应等内在的物理机制,构筑可靠的光电器件物理模型,深入研究核壳结构材料与光电探测器质量提升过程中的基本物理问题,为高灵敏度日盲紫外光电探测器构建提供可行性方法及理论支撑。

项目摘要

根据“β-氧化镓@ZnO纳米线日盲紫外探测器构筑及物性研究”项目任务书,完成了相应的研究内容,实现了ZnO纳米线低维材料的可控组装,设计并制备了β-氧化镓@ZnO纳米线日盲紫外探测器,探究了有源层ZnO基微纳米材料自组装及图形化,有源层ZnO微纳米柱晶体质量、光学性能及界面互作,光子的激发效率及界面的影响关系及超快脉冲下光子的振荡行为及界面的影响关系,为了阐明界面对光致光子复合的影响机制,并进行了相应的电磁场模拟。相关研究为紫外探测器的设计及制备提供方法支撑,通过研究发现表、界面对激发光子的调制作用,背照射下有效提升日盲紫外波段探测器的探测率,证明了通过合理的器件结构设计,可以有效提升紫外探测的灵敏度。经过四年时间的研究积累,在成果方面,目前已经发表相关SCI论文6篇,其中第一/通讯作者SCI论文4篇,申请相关专利6项,其中授权专利3项,2项为发明专利,1项为实用新型专利。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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