紫外傳感器的功能是將紫外線強(qiáng)度信息轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。在環(huán)境監(jiān)測、生化監(jiān)測、深空探測、國防預(yù)警等領(lǐng)域具有應(yīng)用。一定程度上，有紫外發(fā)光器件，就應(yīng)該有紫外光探測器件。以紫外消毒應(yīng)用為例，理論上講，紫外凈化設(shè)備應(yīng)加裝紫外傳感器，對紫外光的強(qiáng)度和輻照劑量進(jìn)行監(jiān)測，確保消毒滅菌過程的徹底和可靠，否則就可能給用戶帶來很大的衛(wèi)生和安全隱患。
 

紫外增強(qiáng)Si光電探測器具有技術(shù)成熟、紫外波段響應(yīng)度較高的優(yōu)點，但是需要復(fù)雜的濾光結(jié)構(gòu)，甚至難以實現(xiàn)。第三代半導(dǎo)體紫外傳感器方面，基于新型寬禁帶半導(dǎo)體材料（如: GaN、SiC）的紫外感光芯片具有顯著的潛在應(yīng)用優(yōu)勢，是世界各主要國家研發(fā)的重點。
 

在近日由長治市人民政府、國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CSA）和山西云時代技術(shù)有限公司共同主辦的“第二屆紫外LED長治產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會”上，南京大學(xué)教授陸海分享了第三代半導(dǎo)體紫外傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化推廣與應(yīng)用情況。

氧化鎵，金剛石，氮化硼等寬禁帶材料成熟度相對低，禁帶寬度偏大。GaN基半導(dǎo)體是制備藍(lán)光及白光發(fā)光二極管和新一代電力電子器件的骨干材料；同時，GaN基半導(dǎo)體還是制備紫外傳感器的優(yōu)選材料。近年來半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，為GaN基紫外傳感器的產(chǎn)業(yè)化打下了良好的產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)。
 

SiC是間接帶隙半導(dǎo)體，不能做發(fā)光器件，但仍適合做光探測器件。得益于SiC功率電子器件的產(chǎn)業(yè)化投入，SiC襯底和器件工藝技術(shù)日益成熟。III族氮化物半導(dǎo)體材料的禁帶寬度連續(xù)可調(diào)，在不加濾光片條件下，可實現(xiàn)UVA、UVB、UVC、UVV等細(xì)分譜段紫外傳感器，適合于多種不同應(yīng)用場景。基于SiC和GaN的常規(guī)結(jié)構(gòu)紫外探測器已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)控、火焰探測、紫外固化和紫外消毒設(shè)備的輻照劑量監(jiān)控等領(lǐng)域。
 

現(xiàn)有SiC和GaN紫外探測器在紫外汞燈和紫外脈沖激光的長期照射下均體現(xiàn)出良好穩(wěn)定性。相比之下，傳統(tǒng)Si光電探測器在強(qiáng)紫外輻照下衰減較快。
 

在全球光電傳感器市場中，紫外傳感器的市場份額雖然較可見光和紅外探測器的市場份額要小，但預(yù)計未來市場總額不斷上升，應(yīng)用領(lǐng)域遍布在工業(yè)、環(huán)境、食品、電力和醫(yī)藥衛(wèi)生各個領(lǐng)域。
 

新思界《2019-2024年中國紫外探測器行業(yè)市場深度調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測報告》聲稱預(yù)計到2022年，我國紫外探測器行業(yè)需求規(guī)模將增長至8.44億元。
 

從應(yīng)用上來看，有很多典型應(yīng)用，比如日照紫外線指數(shù)監(jiān)控，有各式日照紫外指數(shù)監(jiān)測設(shè)備。據(jù)國際IFSA組織的市場研究報告，38%的受訪者希望智能手機(jī)上能夠集成日照紫外線指數(shù)傳感器，相應(yīng)紫外探測器的市場需求及其龐大。 三星Note手機(jī)、三星Gear S手環(huán)微軟手環(huán)上均已集成紫外傳感器。
 

紫外消毒輻射劑量測量方面，紫外線滅菌具有無色無味無化學(xué)物質(zhì)遺留的優(yōu)點，在食品、水處理和空氣凈化領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氯、臭氧殺菌技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。 但是，要想安全可靠地使用紫外線進(jìn)行滅菌，必須使用紫外傳感器對紫外線輻射劑量進(jìn)行監(jiān)控。紫外傳感芯片對防止“紫外泄漏”和實現(xiàn)家電的智能化有重要意義。
 

紫外固化過程工藝監(jiān)控方面，紫外固化工藝在半導(dǎo)體芯片制程、現(xiàn)代化工、涂料和印刷行業(yè)具有舉足輕重的地位，已經(jīng)觸及到普通人生活的各個層面，產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大。由于紫外固化過程必須保證精準(zhǔn)，紫外輻射強(qiáng)度的在線監(jiān)測已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。
 

在線水質(zhì)和大氣污染物檢測領(lǐng)域，傳統(tǒng)水質(zhì)檢測技術(shù)主要是基于電化學(xué)分析或化學(xué)染色技術(shù)，不僅需要專人維護(hù)，而且存在廢液處理問題。這樣的系統(tǒng)價格昂貴，無法直接安裝在飲水機(jī)等家用終端設(shè)備上。隨著高性能紫外感光芯片的出現(xiàn)，基于紫外吸收光譜方法的水質(zhì)在線檢測技術(shù)日益成熟。
 

中國的凈水器年銷量約為1500萬臺，且隨著人們健康意識的增強(qiáng)，凈水機(jī)市場呈現(xiàn)爆炸性增長。城市管網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測布控已經(jīng)逐漸啟動和推廣，在線實時監(jiān)測是實現(xiàn)“大數(shù)據(jù)”智能布控的核心技術(shù)保障。
 

高壓線紫外電暈/電弧檢測應(yīng)用方面，現(xiàn)有的弧光和電暈監(jiān)測方案或者不夠靈敏，或者過于昂貴，難以大規(guī)模推廣。紫外傳感技術(shù)是高壓線電弧光和電暈監(jiān)測的最優(yōu)方案！其大規(guī)模推廣的基礎(chǔ)是高性能紫外傳感芯片。僅蘇州地區(qū)10KV以上配電柜就達(dá)10000套以上，大規(guī)模實時布控和無線聯(lián)網(wǎng)是未來發(fā)展方向。
 

此外，還有高靈敏度紫外成像應(yīng)用等。日盲紫外探測器及其成效陣列在天基、空載、及艦載預(yù)警系統(tǒng)；紅外/紫外雙色制導(dǎo)等國防領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。日盲深紫外探測器在軍工領(lǐng)域特殊應(yīng)用也具有優(yōu)勢，240-280nm波段的太陽光在穿過大氣層時幾乎完全被大氣臭氧層吸收，地表該波段無太陽背景輻射，猶如天然“暗室”，探測到的任何信號都起源于目標(biāo)，信號識別具有獨特優(yōu)勢。
 

陸海表示，由于優(yōu)異的材料性能，以III族氮化物和SiC為代表的寬禁帶半導(dǎo)體是制備紫外傳感器件的優(yōu)選材料。常規(guī)結(jié)構(gòu)GaN基和SiC紫外傳感器已經(jīng)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化水平，并在不斷拓展新型應(yīng)用。由于材料成熟度較高，SiC紫外單光子探測器已經(jīng)可以實現(xiàn)較好的性能。此外，寬禁帶半導(dǎo)體紫外探測技術(shù)正快速向“成像陣列” 方向發(fā)展。
 

南京大學(xué)是我國第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的主要研究單位之一，近二十年來，南京大學(xué)團(tuán)隊在鄭有炓院士和張榮校長的領(lǐng)導(dǎo)下，積極開展寬禁帶半導(dǎo)體材料的外延生長、發(fā)光器件、功率器件和紫外傳感器件等方面研究，具備了良好的研究積累。南京大學(xué)團(tuán)隊在國內(nèi)首先實現(xiàn)了SiC紫外單光子探測器，這一突破將會對我國相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步起到推動作用。