【產(chǎn)通社，3月24日訊】中國科學院（Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，日盲紫外探測技術因高信噪比、低誤警率的特性，已成為天體物理觀測、高壓電力監(jiān)測、森林防火、國家高技術應用等領域關鍵技術。傳統(tǒng)硅基探測器受限于材料特性，需通過復雜濾光系統(tǒng)實現(xiàn)日盲波段識別，導致設備笨重、成本高昂且抗輻射能力不足。超寬禁帶半導體氧化鎵（Ga2O3）帶隙~4.9 eV，是天然的日盲紫外波段（200-280 nm）探測材料，其254 nm光譜截止特性可在無需外置濾光裝置條件下實現(xiàn)超高信噪比探測。此外，近年來Ga2O3單晶可通過熔體法等成熟工藝制備大尺寸襯底，使其兼具低成本量產(chǎn)潛力與卓越的抗輻照性能，為構建輕量化、高性能、大面陣日盲紫外探測器集成芯片提供了堅實的基礎。

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所納米加工平臺聯(lián)合納米器件研究部相關團隊，憑借氧化鎵探測器陣列優(yōu)化與智能電路設計的協(xié)同創(chuàng)新，在日盲紫外探測領域取得重要突破。

動態(tài)紫外成像系統(tǒng)：Ga2O3陣列實現(xiàn)3米日盲紫外目標實時追蹤

研究團隊基于金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）外延生長技術通過優(yōu)化三乙基鎵（TEGa）流量抑制Ga2O3外延薄膜中深能級缺陷氧空位，將Ga2O3日盲紫外探測器的噪聲電流降低至1.01 pA，響應速度提升至1.6 ms，靈敏度達到3.72 A/W。在電路設計方面，器件部宋賀倫團隊構建了“四位一體”信號處理體系——采用低導通電阻開關陣列實現(xiàn)像素精準選通，跨阻放大電路完成nA級微弱信號放大，高有效位數(shù)ADC低噪聲信號采集，結合FPGA芯片的高速并行處理，形成完整的成像電路解決方案�；诖碎_發(fā)的8×8像素陣列成像系統(tǒng)，可在自然光環(huán)境下識別3米外2.6 μW/cm2的微弱紫外信號，并實時捕捉運動點光源軌跡（如飛行器尾焰模擬）。為國家高技術領域、民用火災監(jiān)測等場景提供了小型化、高可靠性的日盲紫外成像技術新范式。

該成果以Ultrasensitive dynamic ultraviolet imaging based on Ga2O3 photodetector array為題發(fā)表在光學領域國際著名期刊Optics Letters（2025,50(5),pp. 1633-1636. https://doi.org/10.1364/OL.555862），第一作者為中國科學技術大學博士生陳體威，通訊作者為張寶順和宋賀倫。

近年來，納米加工平臺圍繞超寬禁帶半導體材料與器件搶占“芯”一輪材料技術制高點的國家戰(zhàn)略需求，為超寬禁帶半導體氧化鎵（Ga2O3）薄膜外延與器件工藝等發(fā)展提供技術支撐，攻克氧化鎵日盲紫外探測器的靈敏度、速度與集成化等難題，近期取得了一系列新突破：

（1）低功耗探測器突破：GaON介質層實現(xiàn)響應度20倍躍升

針對自驅動探測器靈敏度低的瓶頸，研究團隊通過MOCVD技術在p-GaN基底上生長多晶相Ga2O3薄膜，并創(chuàng)新引入原位GaON介質層，顯著提升光生載流子分離效率。該器件在零偏壓下實現(xiàn)3.8 A/W超高響應度（254 nm光照），暗電流低至3.08 pA，探測率達1.12×1014 Jones，響應速度達66/36 ms，無需外接電源即可工作。該成果為深空探測、野外監(jiān)測等無源場景提供了小型化解決方案。

該成果以High-Photoresponsivity Self-Powered a?,ε?,and β?Ga2O3/p-GaN Heterojunction UV Photodetectors with an In Situ GaON Layer by MOCVD為題發(fā)表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（2022,14,(30),35194-35204. https://doi.org/10.1021/acsami.2c06927）。第一作者為中國科學技術大學博士生馬永健，通訊作者為張曉東和付厚強。

（2）高速高頻探測器：納米種子層抑制缺陷，帶寬突破2 kHz

為提升器件響應速度，團隊在4 inch藍寶石（Sapphire）襯底MOCVD外延生長時，提出并設計了單晶Ga2O3納米顆粒種子層（NPSL），將薄膜生長模式從島狀生長優(yōu)化為橫向合并，有效抑制氧空位等深能級缺陷。制備的金屬-半導體-金屬（MSM）結構探測器暗電流僅81.03 pA，響應速度達62/142 μs，頻率帶寬2 kHz，探測率2.81×1014 Jones，線性動態(tài)范圍61 dB，可滿足高速通信與瞬態(tài)信號捕捉需求。

相關論文以High-Speed and Ultrasensitive Solar-Blind Ultraviolet Photodetectors Based on In Situ Grown β?Ga2O3 Single-Crystal Films為題發(fā)表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces（2024,16(5),6068-6077. https://doi.org/10.1021/acsami.3c15561），第一作者為中國科學技術大學博士生陳體威，通訊作者為張寶順和李紹娟。

（3）準垂直結構Ga2O3肖特基探測器：高速與高響應度

面向國家高精度探測需求，研究團隊通過縮短載流子遷移路徑與優(yōu)化電極設計，基于Pt低電極外延生長的準垂直結構Ga2O3肖特基紫外探測器，引入光敏區(qū)嵌入金屬條紋設計，將響應度提升至2998 A/W，響應時間達120 μs。為機載探測、臭氧監(jiān)測等高精度探測應用提供了全新解決方案。

相關成果以High-Speed and High-Responsivity Quasi-Vertical Schottky Photodetectors of Epitaxial Ga2O3 on Pt Substrate為題發(fā)表于期刊IEEE Electron Device Letters（2025,46 (1),60-63. https://doi.org/10.1109/LED.2024.3496557），第一作者為中國科學技術大學碩士生張寰宇，通訊作者為張曉東和曾春紅。

上述系列成果推動了氧化鎵日盲紫外探測器向高靈敏、低功耗、小型化方向發(fā)展，在環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療、深空探測、國家高技術應用等領域具有重大應用價值和技術優(yōu)勢。上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、江西省自然科學基金、南昌重點實驗室建設項目等支持，同時得到了中國科學院蘇州納米所納米加工平臺、測試分析平臺、納米器件研究部、納米真空互聯(lián)實驗站（Nano-X）等部門大力支持。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://sinano.cas.cn/news/kyjz/202503/t20250312_7552553.html。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）