《光电科学》的一篇新出版物报道了高质量钻石如何支持窄带深紫外光电探测。与传统的宽带探测器相比，窄带探测器由于其精确的光谱分辨率能力，在各工业和尖端科研领域的应用需求更为显着。
通常，有两种方法可以实现特定波长的窄带检测。第一种方法是将宽带光电探测器与带通滤波器结合起来，这是一种简单而有效的方法，但受到某些波段滤波器可用性的限制。
第二种方法涉及设计半导体结构来创建本征窄带光电探测器，而不需要滤波器。与第一种方法相比，这种方法降低了检测系统的复杂性，保证了良好的检测/成像质量，但对材料和器件的设计提出了更高的要求。
无滤光片的本征窄带光电探测器在各个工业和科学研究领域越来越受欢迎，近年来在可见光和红外光谱范围内得到了成功的应用。然而，关于深紫外(DUV)波长范围窄带光电探测器的报道很少，而深紫外(DUV)波长范围在光通信、环境监测、光刻和太空探索等领域有很高的需求。
金刚石作为一种超宽带隙半导体，具有优异的物理和化学性质，使其成为深紫外光电探测的理想材料。虽然增加样品厚度是缩小其他材料中电荷收集范围的常用方法，但它不适用于金刚石。
由于金刚石中载流子的高迁移率和载流子捕获效应，大多数基于厚单晶金刚石的光电探测器表现出宽带响应。因此，调节光谱响应的另一个关键参数是载流子寿命，这被认为对于实现窄带光电探测至关重要。金刚石光学和电学特性的详细分析对于实现精确的光操纵至关重要。
文章中研究的三种不同的单晶金刚石被命名为金刚石A、金刚石B和金刚石C，它们的位错密度依次增加。有趣的是，基于金刚石A、B和C的器件在其外量子效率(EQE)光谱中表现出明显不同的形状，半峰全宽(FWHM)值分别为8nm、31nm和52nm。
基于DiamondA的器件具有低位错密度的特点，显示出极窄带响应，峰值中心约为228nm。这些器件表现出极低的暗电流、高探测率(1013Jones)和大的线性动态范围(LDR~118dB)。
图1(a)说明了金刚石A光电探测过程中发生的关键物理过程，包括光学激发、载流子弛豫、辐射复合和电场下的光电导。图1(b)显示了金刚石A的吸收光谱，证实了其缺陷态密度较低。通过分析插图中的微分光谱，计算出金刚石A的带隙约为5.486eV(激子结合能约为80meV)。
图1(c)显示了钻石A在193nm脉冲激发下的光致发光(PL)光谱，其中观察到异常强烈的自由激子发射，表明激子发射是光激发下的主要复合过程。
所制作的窄带探测器可用于成像以区分不同的光源。图2(a)显示了222nm准分子灯的光学照片。图2(b)显示了带有光源(65×22像素)的设备的清晰成像。准分子灯的发射光谱和器件的EQE如图2(c)所示，有重叠区域。
经证明222nm照射对人体无害，适用于表面消毒和放射治疗。与低压汞灯相关的研究如图1(de)所示，包括光学照片和相应的成像图片。
该低压汞灯的光谱线主要由185nm、194nm和254nm组成(图2[f])，前两条会在空气中产生臭氧，对健康造成危害，最后一条会导致对人体皮肤和眼睛造成不可逆转的伤害。常用于室内杀菌消毒。由于这些谱线和EQE之间仅有轻微重叠，因此无法对汞灯成像。这些结果表明所制造的窄带探测器可以有效地区分两种紫外光源。
总之，所报道的基于DiamondA的光电探测器拥有迄今为止最短的检测波长和最窄的EQE峰值。其潜在应用已通过初步成像得到证明。未来，通过制作阵列器件和优化器件结构，可以进一步提高该探测器的实用性能。另一方面，钻石A的窄带响应使其有别于其他钻石，这表明钻石的光谱响应测试是辨别其质量的可行方法。