撰稿人 | 賈樂敏
論文題目 | 真空紫外光電探測器
Vacuum-ultraviolet photodetectors
作者| Lemin Jia（賈樂敏）, Wei Zheng*（鄭偉），Feng Huang（黃豐）
完成單位 | 中山大學
導讀
近日，中山大學黃豐、鄭偉課題組在PhotoniX上發表了題為「Vacuum-ultraviolet photodetectors」的綜述論文。該綜述系統地介紹了不同工作機理的超寬禁帶半導體基無濾波真空紫外探測器的品質因數、性能評估方法和研究進展。論文的第一作者為博士生賈樂敏，通訊作者為鄭偉副教授。
概述
真空紫外光（VUV）的波長範圍為10-200 nm。這一波段的紫外線被空氣中的氧氣強烈吸收，只能在真空中傳播，因此被稱為真空紫外光。高性能VUV探測器在空間科學、輻射監測、電子工業和基礎科學等領域具有重要意義。
在VUV區域工作的光電探測器通常必須在清潔、超高真空環境中工作，並且不能在有輻射的情況下相互作用而降解。此外，需要低水平的背景噪聲來幫助檢測相對較弱的信號。最初設計用於可見光譜範圍的矽光電二極體也可用於VUV區域，但顯著的缺點在於其從X射線到近紅外的固有寬帶響應和輻射降解。製備高選擇響應性和高抗輻射性VUV探測器的直接方法是使用超寬禁帶（UWB）半導體。與生產技術相對完備成熟的矽基探測器相比，UWB半導體探測器仍處於快速發展階段，量子效率、響應度、響應時間、光譜響應和探測等探測性能指標仍需提高。儘管如此，它們在VUV選擇性響應和對惡劣環境的耐受性方面的絕對優勢吸引了許多研究者的興趣。為了提高光吸收效率、載流子傳輸效率和器件壽命，不同的器件結構已被設計開發，不同類型和尺寸的光敏材料已被研究。這些工作使得基於UWB半導體的VUV光電探測器的性能顯著改進，並出現了新的VUV探測技術。
在這篇綜述中，我們根據具體研究工作中器件的主導工作機理，將UWB半導體探測器大致分為三類：光電導、光伏和雪崩。系統介紹了基於金剛石、BN、AlN等超寬禁帶半導體的VUV探測器的研究進展。
總結與展望
金剛石、BN、AlN等光敏材料由於高輻射硬度、低暗電流、高化學穩定性和室溫熱穩定性等優點，在真空紫外探測中具有廣闊的應用前景。基於這些新興半導體材料的光電探測器的研究已經取得了長足的進展。薄膜結構的真空紫外探測器具有較高的穩定性，可以更好地實現集成過程，從而更快地走向實用化。未來的工作仍將集中在高質量薄膜的生長、載流子的自由控制以及優化集成結構的設計上。此外，儘管新興的納米結構器件在真空紫外探測性能方面具有獨特的優勢，但其穩定性和集成技術仍有待突破。
今後，研究者應繼續致力於陣列探測器成像技術的發展。長期以來，科學家們一直期望它能拍攝天體活動中的超快動態過程，如記錄原始軌道的早期演化，以及探測太陽風暴中日冕噴流的化學成分。另一方面，實現單光子探測是真空紫外探測器的最終目標。目前，基於超寬帶半導體的雪崩探測器的研究很少，單光子探測性能的研究還處於空白。因此，探測性能評價相關技術的開發也需要進一步推動。UWB半導體基VUV光電探測器目前所表現出的特性，說明了其在前沿領域的巨大應用潛力，相關研究還有很長的路要走。