近日，兰州大学物理学院张泽民青年研究员，联合李颖弢教授，中科大赵晓龙教授、龙士兵教授，在宽禁带半导体光电探测领域取得重要进展，成功开发了一种同时具备超快、超灵敏响应的Ga₂O₃日盲光电探测器（SBPD）。该研究以“Ultra-Fast Gallium Oxide Solar-Blind Photodetector with Novel Thermal Pulse Treatment”为题发表在材料领域期刊《Advanced Materials》，骆莉莉博士为第一作者。

突破“RS困境”，实现高性能光电探测

日盲光电探测器在火焰预警、安全通信、快速目标成像和环境监测等关键领域发挥着重要作用。Ga₂O₃作为一种超宽禁带材料，因其优异的耐高温、抗辐照特性，被认为是下一代高性能SBPD的理想候选材料。然而，Ga₂O₃光电探测器普遍面临“RS困境”，即如何在保持高响应度（R_λ）的同时提升响应速度。

本研究创新性地提出了一种热脉冲（TPT）方法，通过精准调控Ga₂O₃薄膜中的温度分布，成功形成了垂直分层的晶体结构和氧空位（V_O）分布，实现了对载流子生成与输运路径的优化。TCAD模拟进一步验证了V_O分层结构在提高R_λ和响应速度方面的关键作用。实验表明，经过TPT处理的Ga₂O₃ SBPD在254 nm的紫外光照射下具有增强的性能，最高R_λ达到312.6 A/W，衰减时间缩短至40 μs，显著优于传统处理方式。

图1：在a）TPT之前和b）TPT之后薄膜分层结构及载流子传输路径。c）成品芯片制备以及大面积阵列的详细示意图。d）室外高压电弧放电检测。

高性能器件的构建与应用前景

基于该技术，研究团队成功制备了高性能Ga₂O₃ SBPD芯片，并在日盲成像、光轨迹跟踪和日盲功率计等应用中展现出卓越性能。其中，10×10像素的探测芯片实现了高对比度太阳盲成像，可实时追踪光斑运动路径，展现出良好的环境适应性。此外，基于该光探测器，研究团队开发了一种便携式日盲UV探测设备，在高压电弧放电检测中表现出优异的日盲识别能力，为未来高灵敏深紫外探测应用提供了新的技术支撑。该研究成果有望推动高性能紫外光探测技术的应用，包括深空探测、高精度火焰监测和先进光通信系统，为新一代高效光电探测技术的发展奠定坚实基础。

该项研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金和甘肃省重点研发计划等项目的资助

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https://doi.org/10.1002/adma.202414130