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蘭州大學研究團隊在日盲光電探測器件方面突破“RS困境” 實現高性能光電探測

發表于:2025-03-13 來源:半導體產業網 編輯:

?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。

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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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