前沿科学研究

氧化物半导体光电信息材料与器件团队

Oxide Semiconductor Materials and Devices Group

科研进展丨低电压IGZO场效应紫外线光电二极管

发布日期:2024年6月27日
作者:黄锦莹

随着物联网(IoT)技术的飞速发展,对能效高且适应多样应用需求的紫外(UV)光电探测器(PD)的需求日益增长,这些应用涵盖了环境消毒、火灾预警乃至电晕放电监测等多个重要领域。传统上,自供电UV PD技术多依赖于金属-半导体异质结构或p-n结的设计,然而这类结构固有的内建电场局限性,阻碍了光响应度的进一步提升。

近期,一项创新研究突破了这一技术瓶颈,提出了一种基于栅极-漏极短接的非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管(TFT)架构的极低电压场效应紫外光电探测器。该设计巧妙利用了a-IGZO TFT的特性,结合实验测量与计算机模拟(TCAD)手段,揭示了场效应二极管(FED)的反向电流(𝐼R)与其母体TFT的阈值电压(𝑉th)之间存在紧密关联,这一发现意味着采用增强模式TFT来制作低暗电流的场效应UV PD尤为合适。

尤为重要的是,该新型探测器仅需-0.1V的微小偏压即可实现卓越的UV响应特性,包括高紫外/可见光(𝑅300/𝑅550)抑制比(高达1.9×10^3),低暗电流(1.15×10^-12 A),以及高光暗电流比(PDCR,约为10^3)和高响应度(1.89 A/W)。这些指标的优化,标志着在低能耗条件下实现了光响应性能的完美平衡,为构建大规模、高能效的智能传感器网络提供了强有力的技术支撑。

这一科研进展不仅拓宽了紫外光电探测器的应用场景,而且为未来物联网技术的智能化、绿色化发展奠定了坚实的基础,预示着在能源有限的未来,高效、灵敏的环境监测与数据采集将成为可能。

此次论文发表于Chinese Physics Letters,具体详细内容见于DOI: 10.1088/0256-307X/41/6/068501 。