科学家发明新型紫外线监测器

近日,日本石卷专修大学科学家Shinji Nakagomi带领团队成功研制出一种能够在数毫秒内检测出紫外线是否存在的新型光电二级管。相关研究成果日前发表于《应用物理快报》。
     据了解,紫外线具有高能量,能够破坏、分解DNA,所以是人们的防范对象。虽然在通常境况下,受臭氧层保护,太阳发出的紫外线并不能到达地球表面,但是,由于臭氧层存在空洞,部分紫外线还是会“泄漏”进来。因此,监测不同地区紫外线的强度可以获知当地臭氧层的状况。
    老式的紫外线监测装置的主要部件为真空管。这种设备虽然价格低,但寿命短、体积大,为此,已经逐步被光电二极管所替代。光电二级管的工作原理为,其内部有一个名为PN结的结构。这种结构由两块相同的半导体组成,其中一块半导体带有正电荷,另一块带有负电荷。当高能量的光,例如紫外线照射在PN结上时,电流即在两块半导体中产生,进而反映出这种光的存在。
    普通光电二极管主要由氮化铝或金刚石构成,只能监测到特定频率的紫外线。最新的研究发现,氧化镓材料对所有频率的紫外线均有较强敏感性,这意味其理论上可以监测所有频率的紫外线。同时,氧化镓材料还对自然光不敏感,使其在监测紫外线时,能够摆脱自然光的干扰。
    然而,问题是,研制出带有正电荷的氧化镓,也就是P型氧化镓半导体存在很大困难。
     为此,Shinji Nakagomi和同事研究出一种与PN结不同的结构——异质结。这种结构由两块不同半导体组成——氧化镓材料作为N型半导体,碳化硅材料作为P型半导体,有效避开了上述难题。
    实验发现,这种新型二极管继承了氧化镓材料的优点,具有覆盖所有种类紫外线和对自然光不敏感双重特性。
    “我们研究最大的成功在于,这种光电二级管由氧化镓和碳化硅两种材料组成,并且其结构为异质结。” Shinji Nakagomi表示,新型光电二极管还有一个优势——其对紫外线特别敏感,反应时间只需数毫秒。

作者:Shinji Nakagomi 来源:《应用物理快报》