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光電二級管出爐 數(shù)毫秒測出紫外線的存在

發(fā)布日期：2014-05-21 瀏覽次數(shù) ：770

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導(dǎo)讀：近日，《應(yīng)用物理快報》發(fā)表了一篇關(guān)于日本新科研成果的報告，報告稱，日本石卷專修大學(xué)科學(xué)家Shinji Nakagomi帶領(lǐng)團隊成功研發(fā)出一種光電二級管，能夠在數(shù)毫秒內(nèi)檢測出紫外線是否存在。

          大家都知道，過量的紫外線引起光化學(xué)反應(yīng)，可使人體機能發(fā)生一系列變化，尤其是對人體的皮膚、眼睛以及免疫系統(tǒng)等造成危害，所以是人們的防范對象。而臭氧層是大氣平流層中臭氧濃度zui大處，是地球的一個保護層，太陽紫外線輻射大部被其吸收，臭氧層對保護地球上的生命界以及調(diào)節(jié)地球的氣候都具有為重要的作用。然而，近年來，由于在平流層內(nèi)運行的飛行器日益增多，人類活動產(chǎn)生的一些痕量氣體如NO。和氯氟烴等進入平流層，使臭氧層遭到破壞，以致于出現(xiàn)了“臭氧層空洞”。由于臭氧層存在空洞，部分紫外線就會“泄漏”進來。因此，監(jiān)測不同地區(qū)紫外線的強度可以獲知當(dāng)?shù)爻粞鯇拥臓顩r。

 此前，老式的紫外線監(jiān)測裝置主要部件為真空管。這種設(shè)備雖然價格低，但壽命短、體積大，其逐步被光電二管所替代。光電二級管監(jiān)測紫外線的工作原理為：光電二管內(nèi)部具有一個名為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，另一塊帶有負電荷。當(dāng)高能量的光（如紫外線等）照射在PN結(jié)上時，電流即在兩塊半導(dǎo)體中產(chǎn)生，進而反映出高能量光的存在。

普通光電二管主要由氮化鋁或金剛石構(gòu)成，只能監(jiān)測到特定頻率的紫外線。新的研究發(fā)現(xiàn)，氧化鎵材料對所有頻率的紫外線均有較強敏感性，這意味理論上通過該材料制作的裝置將可以監(jiān)測所有頻率的紫外線。同時，氧化鎵材料還對自然光不敏感，使其在監(jiān)測紫外線時，能夠擺脫自然光的干擾。但是，如何研制出帶有正電荷的氧化鎵，也就是P型氧化鎵半導(dǎo)體是一個技術(shù)難題。

為此，日本石卷專修大學(xué)科學(xué)家Shinji Nakagomi及其團隊研究出一種與PN結(jié)不同的結(jié)構(gòu)，其被稱為“異質(zhì)結(jié)”。這種結(jié)構(gòu)由兩塊不同半導(dǎo)體組成，其中氧化鎵材料作為N型半導(dǎo)體，碳化硅材料作為P型半導(dǎo)體，兩者結(jié)合工作，避免了帶有正電荷的氧化鎵難以制作的問題。

 通過實驗，此次研發(fā)的二管繼承了氧化鎵材料的優(yōu)點，具有覆蓋所有種類紫外線和對自然光不敏感雙重特性。同時，這一光電二管還對紫外線具有高敏感度的，其測定紫外線時的反應(yīng)時間只需數(shù)毫秒。該研究成果日前發(fā)表于《應(yīng)用物理快報》。