近日，日本石卷專修大學(xué)科學(xué)家Shinji Nakagomi帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功研制出一種能夠在數(shù)毫秒內(nèi)檢測(cè)出紫外線是否存在的新型光電二級(jí)管。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《應(yīng)用物理快報(bào)》。

據(jù)了解，紫外線具有高能量，能夠破壞、分解DNA，所以是人們的防范對(duì)象。雖然在通常境況下，受臭氧層保護(hù)，太陽(yáng)發(fā)出的紫外線并不能到達(dá)地球表面，但是，由于臭氧層存在空洞，部分紫外線還是會(huì)“泄漏”進(jìn)來。因此，監(jiān)測(cè)不同地區(qū)紫外線的強(qiáng)度可以獲知當(dāng)?shù)爻粞鯇拥臓顩r。

老式的紫外線監(jiān)測(cè)裝置的主要部件為真空管。這種設(shè)備雖然價(jià)格低，但壽命短、體積大，為此，已經(jīng)逐步被光電二極管所替代。光電二級(jí)管的工作原理為，其內(nèi)部有一個(gè)名為PN結(jié)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由兩塊相同的半導(dǎo)體組成，其中一塊半導(dǎo)體帶有正電荷，另一塊帶有負(fù)電荷。當(dāng)高能量的光，例如紫外線照射在PN結(jié)上時(shí)，電流即在兩塊半導(dǎo)體中產(chǎn)生，進(jìn)而反映出這種光的存在。

普通光電二極管主要由氮化鋁或金剛石構(gòu)成，只能監(jiān)測(cè)到特定頻率的紫外線。最新研究發(fā)現(xiàn)，氧化鎵材料對(duì)所有頻率的紫外線均有較強(qiáng)敏感性，這意味其理論上可以監(jiān)測(cè)所有頻率的紫外線。同時(shí)，氧化鎵材料還對(duì)自然光不敏感，使其在監(jiān)測(cè)紫外線時(shí)，能夠擺脫自然光的干擾。

然而，問題是，研制出帶有正電荷的氧化鎵，也就是P型氧化鎵半導(dǎo)體存在很大困難。

為此，Shinji Nakagomi和同事研究出一種與PN結(jié)不同的結(jié)構(gòu)——異質(zhì)結(jié)。這種結(jié)構(gòu)由兩塊不同半導(dǎo)體組成——氧化鎵材料作為N型半導(dǎo)體，碳化硅材料作為P型半導(dǎo)體，有效避開了上述難題。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種新型二極管繼承了氧化鎵材料的優(yōu)點(diǎn)，具有覆蓋所有種類紫外線和對(duì)自然光不敏感雙重特性。

“我們研究最大的成功在于，這種光電二級(jí)管由氧化鎵和碳化硅兩種材料組成，并且其結(jié)構(gòu)為異質(zhì)結(jié)。” Shinji Nakagomi表示，新型光電二極管還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)——其對(duì)紫外線特別敏感，反應(yīng)時(shí)間只需數(shù)毫秒。

(關(guān)鍵字：鎵 紫外線 檢測(cè) 氧化鎵)