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BDJ波长探测器由两个纵向排列、深浅不同的p-n结构成,其双结的光电流比值只与光波长有关,因此它可以分辨单色光和质心波长不同的复色光。因为它具有结构简单、成本低、制作工艺可以与CMOS兼容等特点,因此被广泛研究,目前已有商业化产品问世。BDJ探测器可以用来测量发光二极管和激光器等,但是因为目前的探测器在蓝紫光波段不能工作或者是分辨率很差,严重限制了它在这方面的应用;另外,我们将BDJ应用到水质监测方面,因为很多有颜色的金属离子和绝大多数有机物的吸收峰在紫外波段,所以目前的波长探测器也无法实现对某些颜色或是有机物的测量。
水污染目前被广泛重视,色度和浊度是描述水质的两个重要的物理参数。目前普遍采用的测量这两项指标的方法都需要用到分光光度计等传统的光学元件,因此装置复杂,较难做成便携式测量仪,更难于实现水质的实时测量。紫外吸光度是衡量水中有机物指标的一项重要参数,此方法不需要添加化学试剂,并且测量方法简便快捷。彻底摆脱了现有的水质监测仪设备复杂、分析周期长、能源浪费大以及对环境有二次污染等缺点。
为了使我们制作的BDJ波长探测器可以有更广泛的用途,我们致力于提高器件的蓝紫光甚至是紫外光的响应度。首先我们根据BDJ探测器的光电流和暗电流的产生过程以及计算方法,分析了如何改进工艺来提高器件的蓝紫光响应度及减小暗电流。在制作研究方面,我们总共流片三次,每次都会根据测量结果不断调整改进工艺,最终确定了比较合理的工艺条件,包括离子注入能量和剂量、氧化条件、退火及合金条件、减反膜的厚度等。我们制作出的BDJ波长探测器可以在380~1020nm范围内工作,提高了蓝紫光响应。
在应用研究方面,我们成功地将BDJ波长探测器应用于水质测量。我们将基于BDJ探测器的双波长法用于测量水的色度和浊度,实验过程不需要添加化学试剂并且装置简单、便宜,省去了分光光度计等传统的比色仪器。我们还设计出了可用于实时测量的探头,从而证明了此方法用于水质在线监测的可行性。
如果将我们的方法应用在水质监测方面,可以简化测量色度和浊度的装置。另外我们还想进一步提高器件在短波长方向的响应,使其可以工作到紫外波段,那样我们的双波长法就可以用来测量紫外吸光度,从而可以得到比较重要的水质参数COD等。那时便可以大大简化水质监测仪,并且测量方法简便快捷、无污染。