مكشاف ضوئي عالي الكفاءة للأشعة تحت الحمراء القريبة قائم على فيلم VO2 المترسب بالتبخير المغناطيسي المستمر

YANG Qi ,  

ZENG Min ,  

ZHOU Wenqi ,  

DENG Kun ,  

LI Gen ,  

YANG Liu ,  

LI Yuebin ,  

摘要

تتمتع مادة أشباه الموصلات ثنائي أكسيد الفاناديوم (VO2) بآفاق تطبيق واسعة في مجال كشف الضوء القريب من تحت الحمراء بسبب فجوة النطاق الضيقة وخصائص التحول العكسي المعدني-العازل (MIT). في هذه الدراسة، تم استخدام ترسيب التبخير المغناطيسي المستمر لهدف الفاناديوم المعدني، جنبًا إلى جنب مع معالجة التلدين، لتحضير فيلم VO2 (M1) أحادي الميل على ركيزة من النوع p من السيليكون بنجاح، حيث يُظهر سطحه بنية حبيبية متجانسة وكثيفة. عند درجة حرارة الغرفة، ينمو VO2 (M1) موجهًا بشكل مفضل على السطح منخفض الطاقة (011)، وعند ارتفاع درجة الحرارة إلى 70 ℃ يصبح الطور الرئيسي هو طور الروتيل VO2 (R). بالإضافة إلى ذلك، تم بناء كاشف ضوئي للأشعة تحت الحمراء القريبة بهيكل معدن-شبه موصل-معدن (MSM) (Ag/VO2/Ag). عند جهد انحياز 1.5 فولت وتعريض للضوء القريب من تحت الأحمر بطول موجة 980 نانومتر، يظهر الجهاز أداء استجابة ضوئية ممتازة في درجة حرارة الغرفة. عندما تكون كثافة قدرة الضوء الساقط 0.07 mW/cm2، يصل الحساسية ومعدل الكشف النسبي إلى ذروتهما، حيث يبلغان 109.06 مللي أمبير/واط و2.33×1010 جونز على التوالي، ووقت صعود واستنزاف الاستجابة الضوئية هو 0.256 ثانية و0.427 ثانية على التوالي. توضح تحليلات خصائص تغير الحرارة أن استجابة الجهاز في نطاق درجة حرارة 20~80 ℃ تزداد بشكل منتظم مع ارتفاع درجة الحرارة، ويرجع ذلك بشكل رئيسي إلى تحول الطور M1→R في VO2 الذي يؤدي إلى زيادة تركيز الحوامل الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يحافظ الجهاز على أداء استجابة ضوئية جيد في نطاق الطيف الواسع من 455 إلى 1,100 نانومتر.

关键词

ترسيب التبخير المغناطيسي المستمر;VO2;التحول المعدني-العازل;الضوء القريب من تحت الأحمر;كاشف ضوئي

阅读全文