中国科学技术大学在日盲紫外光电探测器研究中取得新进展

中国科学技术大学龙世兵和胡芹团队在日盲紫外光电探测器研究方面取得突破性进展。针对氧化镓光电探测器响应度和响应速度难以兼顾的难题，团队创新性地提出了一种基于双层薄膜结构的设计方案。该方案通过精妙地调控器件内部电场分布和光生载流子传输路径，有效平衡了响应度和响应速度之间的矛盾。 实验结果表明，基于此设计的氧化镓日盲紫外光电探测器，实现了高响应度（高达236.1 a/w）和快响应速度（低至50 ms）的优异性能，验证了该方案的可行性及其在该领域的应用潜力。这项研究为高性能氧化镓日盲紫外光电探测器的研发提供了新的思路，相关成果已发表在国际知名期刊《infomat》上。

日盲紫外光电探测技术（波长范围200-280 nm）因其低背景噪声、高灵敏度和全天候工作能力，在电力监测、导弹追踪、火灾预警和光通信等领域具有广泛应用前景。目前，商用日盲紫外探测器主要基于硅材料，但硅材料的宽吸收波段和低量子效率导致其依赖滤波器，且响应度较低。而氧化镓材料凭借其合适的禁带宽度、高光电灵敏度、优异的稳定性和低制造成本，在日盲紫外光电探测领域展现出巨大潜力。然而，现有氧化镓探测器普遍存在响应度和响应速度难以兼顾的问题，这阻碍了其商业化应用。

为解决这一难题，该团队基于理论和仿真分析，提出了一种创新的双层氧化镓薄膜结构（图1）。该结构由高响应度薄膜层(Layer 1)和快响应速度薄膜层(Layer 2)组成，通过调节载流子再分布、电场分布及载流子提取路径，有效结合了两种薄膜层的优势。

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图1. (a) 双层氧化镓薄膜结构光电探测器示意图；(b) 结构设计效果示意图；(c-h) 不同条件下能带结构、载流子再分布及载流子提取路径仿真结果。

基于该设计，研究人员成功制备出兼具高响应度和快响应速度的氧化镓日盲紫外光电探测器（图2）。优化后的器件实现了236.1 A/W的高响应度和50 ms的快速响应速度。

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图2. 双层氧化镓薄膜结构器件的光电响应特性。(a) I-V曲线；(b) 周期性I-T曲线；(c) 典型I-T响应周期；(d) 光电流与光功率关系；(e) 光暗电流比和响应度与光功率关系；(f) 归一化光谱响应。

这项研究成果为高性能氧化镓日盲紫外光电探测器的发展提供了新的技术途径，并得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划和中国科学技术大学等机构的资助。胡芹、高南和侯小虎为共同通讯作者，马晓兰、谭鹏举和张颖为共同第一作者。龙世兵、赵晓龙和徐光伟也参与了该项目。

论文链接：{https://www.php.cn/link/616fc8538fee3610ac91c81b5741c321}

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