CN209626234U - 一种高性能真空紫外光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高性能真空紫外光电探测器，该真空紫外光电探测器包括氮化镓基板层、氮化铝真空紫外吸收层、石墨烯透明电极层、银电极及光电流检测装置；氮化镓基板层上部分外延生长氮化铝真空紫外吸收层，石墨烯透明电极层部分覆盖于氮化铝真空紫外吸收层上，银电极设置于氮化铝真空紫外吸收层上，且与石墨烯透明电极层间隔设置，石墨烯透明电极层与银电极分别通过导线与光电流检测装置电性连接。该器件具有高真空紫外光响应，高外部量子效率和极快的温度响应，能够有效抑制噪声电压密度，可以用于天体活动中超快动态过程的图像的捕捉。
Description
技术领域
本实用新型属于光电器件技术领域，具体涉及一种高性能真空紫外光电探测器。
背景技术
真空紫外（10-200纳米）光电探测被广泛用于宇宙化学和空间科学领域。例如，它用于研究星云的扩展和元素以及监测太阳风暴的形成和演变。
目前，主要是利用紫色色谱仪和微通道板的组合系统来探测真空紫外。该组合系统的体积和重量巨大，不仅大大增加了火箭发射成本，而且该系统需要数千伏特的驱动电压，也大大增加了功耗。
现有技术中采用石墨烯为材料的紫外光电探测器的研究较多，例如中国专利CN201410390595.6公开了以氟化石墨烯为吸收层的紫外雪崩光电探测器及制备方法，所述紫外雪崩光电探测器包括衬底、金属电极、石墨烯叉指电极和氟化石墨烯；氟化石墨烯是一种宽禁带的二维半导体材料，可探测波长小于415nm的光。本发明以氟化石墨烯作为感光材料，石墨烯作为透明叉指电极，可实现对紫外光的探测。氟化石墨烯的电阻可达1TΩ以上，利用氟化石墨烯制作的光电探测器具有非常低的暗电流噪声。本发明以石墨烯和氟化石墨烯两种二维材料为主，可以实现柔性的光电探测器。
又如，中国专利CN201310287477.8公开了一种基于单层石墨烯/氧化锌纳米棒阵列肖特基结的紫外光电探测器及其制备方法，其特征是：以N-型硅基底层作为衬底，在其上表面沿垂直方向生长有氧化锌纳米棒阵列，在氧化锌纳米棒阵列的上表面覆盖有绝缘层，绝缘层的面积为氧化锌纳米棒阵列的面积的1/4到1/3；在绝缘层上覆盖有单层石墨烯，单层石墨烯一部分与绝缘层接触，剩余部分覆盖在氧化锌纳米棒阵列上；在单层石墨烯上设置有金属电极层。本发明工艺简单、适合大规模生产，可制备成本低、无污染、且光探测能力强的紫外光电探测器，为石墨烯和氧化锌纳米结构在紫外光电探测器的应用中奠定了基础。
为此，材料和器件科学家一直致力于开发基于超宽禁带半导体（如氮化铝和钻石）的低功耗，轻量级和集成的真空紫外光电探测器。
其中，最理想的是能够制造出零功耗、基于半导体的真空紫外光伏探测器。
发明内容
为解决上述技术问题，本实用新型采用高结晶度多步外延生长的氮化铝作为光生载流子的真空紫外吸收层，采用石墨烯作为透明电极来收集激发的空穴，其中石墨烯对于真空紫外光具有高达96％的透射率。基于这两种材料，本实用新型构建了一个光伏探测真空紫外光的异质结器件。
具体的，本实用新型公开了如下技术方案。
首先，本实用新型提供了一种高性能真空紫外光电探测器，该真空紫外光电探测器包括氮化镓基板层、氮化铝真空紫外吸收层、石墨烯透明电极层、银电极及光电流检测装置；所述氮化镓基板层上部分外延生长氮化铝真空紫外吸收层，所述石墨烯透明电极层部分覆盖于所述氮化铝真空紫外吸收层上，所述银电极设置于所述氮化铝真空紫外吸收层上，且与所述石墨烯透明电极层间隔设置，所述石墨烯透明电极层与所述银电极分别通过导线与所述光电流检测装置电性连接。
进一步的，为收集激发形成的空穴，所述石墨烯透明电极层为P型石墨烯。
进一步的，为提高空穴收集效率，所述石墨烯透明电极层覆盖于所述氮化铝真空紫外吸收层的面积与所述氮化铝真空紫外吸收层的面积比大于等于1/5。
进一步的，为提高光照有效面积，所述银电极为设置于所述氮化铝真空紫外吸收层一端的条状电极。
可选的，为提高光照有效面积，所述银电极为设置于所述氮化铝真空紫外吸收层上，且包围所述石墨烯透明电极层的环状电极。
可选的，为提高光照有效面积，，所述银电极和所述石墨烯透明电极层均为交叉设置的叉指电极。
为提高石墨烯透明电极层的收集效率、透光性及导电性能，所述石墨烯透明电极层为外延生长石墨烯或转移印刷石墨烯。
与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下技术效果。
首先，该器件具有高真空紫外光响应，高外部量子效率和极快的温度响应，为70纳秒，比目前报道的真空紫外光电导器件快1万倍-100万倍。这使未来的航天器能够有更长的服务时间和更低的启动成本。
其次，这种背靠背结构可以抑制正负载流子的热扩散，从而实现较低的噪声电压密度。
再次，在180纳米的紫外光照射下，该器件形成了1.7 伏特的开路电压。在没有施加任何偏压的情况下，该器件可以产生高达42.6％的高外部量子效率的光电流。在纳秒级真空紫外光脉冲的照射下，其响应时间仅为70纳秒。这使得天体活动中超快动态过程的图像可以被拍摄到，例如可以记录原始轨道的早期演变，还可以探测太阳风暴中冠状射流的化学成分。
附图说明
图1为本实用新型实施的一种高性能真空紫外光电探测器的工作原理图。
图2为本实用新型实施的一种高性能真空紫外光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
参照图1和图2，本实施例具体公开了一种高性能真空紫外光电探测器。
该真空紫外光电探测器包括氮化镓基板层1、氮化铝真空紫外吸收层2、石墨烯透明电极层3、银电极4及光电流检测装置5。
氮化镓基板层1上部分外延生长氮化铝真空紫外吸收层2，石墨烯透明电极层3部分覆盖于氮化铝真空紫外吸收层2上，银电极4设置于氮化铝真空紫外吸收层2上，且与石墨烯透明电极层3间隔设置，石墨烯透明电极层3与银电极4分别通过导线与光电流检测装置5电性连接。
为收集激发形成的空穴，石墨烯透明电极层为P型石墨烯。石墨烯透明电极层覆盖于所述氮化铝真空紫外吸收层的面积与所述氮化铝真空紫外吸收层的面积比为2/3。
为提高光照有效面积，所述银电极为设置于所述氮化铝真空紫外吸收层一端的条状电极。
实施例2
实施例2的技术方案与实施例1基本相同，不同的是，银电极为设置于氮化铝真空紫外吸收层上，且包围石墨烯透明电极层的环状电极。
实施例3
实施例3的技术方案与实施例1基本相同，不同的是，银电极和石墨烯透明电极层均为交叉设置的叉指电极。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，该真空紫外光电探测器包括氮化镓基板层、氮化铝真空紫外吸收层、石墨烯透明电极层、银电极及光电流检测装置；所述氮化镓基板层上部分外延生长氮化铝真空紫外吸收层，所述石墨烯透明电极层部分覆盖于所述氮化铝真空紫外吸收层上，所述银电极设置于所述氮化铝真空紫外吸收层上，且与所述石墨烯透明电极层间隔设置，所述石墨烯透明电极层与所述银电极分别通过导线与所述光电流检测装置电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，所述石墨烯透明电极层为P型石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，所述石墨烯透明电极层覆盖于所述氮化铝真空紫外吸收层的面积与所述氮化铝真空紫外吸收层的面积比大于等于1/5。
4.根据权利要求1所述的一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，所述银电极为设置于所述氮化铝真空紫外吸收层一端的条状电极。
5.根据权利要求1所述的一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，所述银电极为设置于所述氮化铝真空紫外吸收层上，且包围所述石墨烯透明电极层的环状电极。
6.根据权利要求1所述的一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，所述银电极和所述石墨烯透明电极层均为交叉设置的叉指电极。
7.根据权利要求1所述的一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，所述石墨烯透明电极层为外延生长石墨烯或转移印刷石墨烯。
8.根据权利要求1所述的一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，所述石墨烯透明电极层为单层石墨烯。
9.根据权利要求1所述的一种高性能真空紫外光电探测器，其特征在于，所述氮化镓基板层的厚度为所述氮化铝真空紫外吸收层厚度的1至10倍。
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|---|---|---|---|---|
| CN112768535A (zh) * | 2021-01-07 | 2021-05-07 | 四川大学 | 一种石墨烯/黑硅复合结构光电探测器结构 |
| CN115274891A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-11-01 | 深圳大学 | 一种真空紫外光电探测器及其制备方法 |
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