用于恶劣环境的超灵敏日盲光电探测器

中国科学技术大学的Long教授领导的研究小组采用非晶氧化镓（EAO）开发了用于恶劣环境的超灵敏太阳盲紫外探测器（SBPDS）。相关研究发表在《Advanced Materials》上。

作为频谱分析的重要组成部分，SBPDs被应用于火焰预警和太空探索等许多关键领域，因其特殊的应用而不得不应对恶劣的环境。经常发现温度过高或辐射等恶劣条件，需要对传统 SBPD 进行更宽容的替代。

氧化镓 (Ga2O3) 具有超宽带隙和耐热性，能够保持 太阳盲紫外探测器(SBPD) 的灵敏性。因此，被认为是目前最有前途的日盲光电探测器 (SBPD) 材料之一，其在太空探索和火焰预警等恶劣环境中的需求量很大。此外，发现 非晶态氧化镓（AGO） 具有最佳的最佳性能和兼容性，因为它可以轻松制造和集成，但存在稳定性低、缺陷密度高的缺点。如今，面对恶劣环境下，基于低成本 Ga2O3材料的高耐受，高性能 SBPD 仍面临着巨大的挑战。

图注，β-氧化镓的晶体结构。

这里，研究人员提出了针对非晶 GaOX (a-GaOX) 的缺陷和掺杂 (DD) 工程，以获得可应用于恶劣条件的超灵敏 SBPD。设计的a-GaOX薄膜的严重缺氧和掺杂补偿分别确保了高响应电流和低暗电流。通过高分辨率透射电子显微镜 (HRTEM) 和 X 射线光电子能谱 (XPS) 分析，高温 N2 退火会导致补偿掺杂、材料再结晶以及通过氧逸出形成纳米孔，并抑制亚带隙缺陷状态，从而有助于更好的光响应性能。结果，基于DD工程的定制GaOX SBPD不仅收获了创纪录的1.8×107的响应抑制比（R254nm / R365nm），提高了 105 倍，比控制装置高102倍的探测率和2×102倍的衰减速度，而且即使在高温 (280°C) 或高偏压 (100 V) 下，也能保持高响应度、高光暗电流比和清晰的成像能力。基于DD工程的SBPD阵列已被证明是第一个能够在高达280°C的高温下清晰成像的GaOX SBPD阵列。

总得来说，富含镓的材料和纳米孔增强了日盲反应电流，而结晶、减少缺陷和掺杂补充等措施减弱了暗电流。氧化镓薄膜通过加热的氮气增韧，增强了其光电性能和对极端条件的耐受性。

经过DD工程的SBPDs表现出卓越的性能，如高电阻。工程过程中的设备在许多方面表现出卓越的光谱选择性，以及在极端条件下更敏锐的敏感性。值得注意的是，以这种方式设计的氧化镓探测器阵列通过加热的日盲成像测试了其清晰度。由于其综合性能，氧化镓制成的SBPD被用于紫外检测领域。除了设计廉价、灵敏和耐受的 SBPD 之外，DD 工程还为设计其他光电器件铺平了道路。