【摘 要】
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紫外探测,尤其是深紫外探测,在民用和军事领域有着广泛的应用。目前市场所用的硅基和超宽禁带半导体材料的深紫外光电探测器有着成本昂贵、制备复杂等缺点,因而开发一种简单高效的深紫外探测成为这一研究领域的热点。本文通过化学气相沉积法可控制备高质量的GaSe纳米带,实验发现超薄GaSe纳米带可用于高灵敏度的深紫外光电探测。具体研究结果如下:1、利用Silvaco Technology Computer Ai
【基金项目】
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中国国家自然科学基金； 中央高校基础研究经费；
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紫外探测,尤其是深紫外探测,在民用和军事领域有着广泛的应用。目前市场所用的硅基和超宽禁带半导体材料的深紫外光电探测器有着成本昂贵、制备复杂等缺点,因而开发一种简单高效的深紫外探测成为这一研究领域的热点。本文通过化学气相沉积法可控制备高质量的GaSe纳米带,实验发现超薄GaSe纳米带可用于高灵敏度的深紫外光电探测。具体研究结果如下:1、利用Silvaco Technology Computer Aided Design仿真了不同波长的光在GaSe晶体内的吸收情况。由于不同波长入射光吸收系数的差异,短波长光具有较短的穿透深度,因而在晶体表面有着较高的吸收率,而长波长的光则有着更长的穿透深度,在晶体表面的吸收率相对较低。随着晶体厚度的减薄,吸收峰值逐渐蓝移,光电探测器的紫外/可见光的理论抑制比(R265/R450)也逐渐增大,表明可以利用超薄GaSe晶体结构来实现高性能深紫外探测。2、以Ga2Se3和GaSe混合粉末为源材料,通过化学气相沉积法,实现了不同厚度的高质量GaSe纳米带的可控生长。分析表明,产物纳米带为高纯六方晶系GaSe,宽度约2-4μm,长度达数百微米,其堆叠方向为[001],与GaSe晶体的层状结构一致。此外,紫外-可见光吸收光谱显示,超薄纳米带在深紫外区域有着强烈的吸收,表明超薄GaSe纳米带有望应用于深紫外光电探测领域。3、构建了基于单根GaSe纳米带的高性能光电探测器。测试结果表明,随着纳米带厚度的减小,器件的响应峰值逐渐蓝移。当纳米带厚度低于85.8 nm时,器件最深紫外光响应最强。265 nm光照下,基于单根52.1 nm厚的GaSe纳米带器件在3 V偏压下的响应度和增益分别为663A W-1和3103,紫外/可见光抑制比为2.4。图像传感测试表明,利用该探测器所得图像具有良好的空间分辨率,证实了非宽禁带半导体材料用于高性能深紫外光电探测及图像传感的可能。4、采用有限元分析法（FEM）仿真了不同波长入射光照射下,不同厚度GaSe纳米带中的场强分布情况。分析表明,入射光为265 nm时,50 nm厚的GaSe纳米带中有着较强的横向驻波,表明光与物质的相互作用增强,提高了器件的光电响应。随着纳米带厚度的增加,晶体内部法布里-珀罗（F-P）腔共振增强,且共振波长的位置随着纳米带厚度的增加而红移,进一步表明GaSe纳米带的厚度是影响器件光电特性的关键参数。
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