?近日，蘭州大學物理學院青年研究員張澤民，聯合李穎弢教授，中科大趙曉龍教授、龍士兵教授，在寬禁帶半導體光電探測領域取得重要進展，成功開發了一種同時具備超快、超靈敏響應的Ga2O3日盲光電探測器（SBPD）。該研究以“Ultra-Fast Gallium Oxide Solar-Blind Photodetector with Novel Thermal Pulse Treatment”為題發表在材料領域期刊《Advanced Materials》，駱莉莉博士為第一作者。
日盲光電探測器在火焰預警、安全通信、快速目標成像和環境監測等關鍵領域發揮著重要作用。Ga2O3?作為一種超寬禁帶材料，因其優異的耐高溫、抗輻照特性，被認為是下一代高性能SBPD的理想候選材料。然而，Ga2O3?光電探測器普遍面臨“RS困境”，即如何在保持高響應度（Rλ）的同時提升響應速度。
本研究創新性地提出了一種熱脈沖（TPT）方法，通過精準調控Ga2O3薄膜中的溫度分布，成功形成了垂直分層的晶體結構和氧空位（VO）分布，實現了對載流子生成與輸運路徑的優化。TCAD模擬進一步驗證了VO分層結構在提高Rλ和響應速度方面的關鍵作用。實驗表明，經過TPT處理的Ga2O3??SBPD在254 nm的紫外光照射下具有增強的性能，最高Rλ達到312.6 A/W，衰減時間縮短至40 μs，顯著優于傳統處理方式。
圖1：在a）TPT之前和b）TPT之后薄膜分層結構及載流子傳輸路徑。c）成品芯片制備以及大面積陣列的詳細示意圖。d）室外高壓電弧放電檢測。
基于該技術，研究團隊成功制備了高性能Ga2O3?SBPD芯片，并在日盲成像、光軌跡跟蹤和日盲功率計等應用中展現出卓越性能。其中，10×10像素的探測芯片實現了高對比度太陽盲成像，可實時追蹤光斑運動路徑，展現出良好的環境適應性。此外，基于該光探測器，研究團隊開發了一種便攜式日盲UV探測設備，在高壓電弧放電檢測中表現出優異的日盲識別能力，為未來高靈敏深紫外探測應用提供了新的技術支撐。該研究成果有望推動高性能紫外光探測技術的應用，包括深空探測、高精度火焰監測和先進光通信系統，為新一代高效光電探測技術的發展奠定堅實基礎。
該項研究得到了國家重點研發計劃，國家自然科學基金和甘肅省重點研發計劃等項目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202414130
（來源：蘭州大學）
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