科技日報記者 吳長鋒
記者29日從中國科大了解到，該校微電子學院龍世兵教授課題組基于低成本非晶氧化鎵材料，通過缺陷和摻雜工程實現了極端環境下依然表現超高靈敏度的日盲探測器。該方法為高性能、耐極端環境日盲紫外探測器的研制及應用提供了一種可行的參考。相關成果日前在線發表在《先進材料》雜志上。
日盲紫外光電探測器作為光譜探測不可或缺的部分，在導彈跟蹤、火災預警和深空探測等諸多關鍵應用場景中發揮著重要作用。在這些獨特的應用場景中，日盲紫外光電探測器將不可避免地面對極端惡劣的環境，如高溫、高電場、高輻射。傳統的硅基日盲紫外探測器對紫外光靈敏度低、熱穩定性差，難以滿足苛刻環境下高靈敏探測的需求。因此，亟須開發一種具有較高環境耐受性的高性能日盲紫外探測器。
氧化鎵作為新興的超寬禁帶半導體材料，具有熱穩定性好、禁帶寬度大、紫外吸收系數大、材料易加工等優點，是日盲紫外探測較為理想的候選材料。然而，基于非晶氧化鎵材料開發高環境耐受性的高性能日盲紫外探測器還需解決其材料穩定性差、缺陷密度高、漏電流大、持續光電導效應明顯等問題。
課題組通過缺陷及摻雜工程，成功設計出高性能且耐極端環境的氧化鎵日盲紫外探測器。該缺陷和摻雜工程，包括富鎵的氧化鎵非晶材料設計及后退火工藝以實現材料的重結晶及摻雜補償。與常規非晶富鎵氧化鎵器件相比，工程化處理的器件暗電流降低107倍、探測率提升102倍、響應速度提升。同時，得益于子帶隙吸收的抑制，探測抑制比提升了105倍，顯示出器件優異的光譜選擇性。在高溫、高壓、高輻射等極端條件下，器件依然保持較高的探測性能，實現了高溫下的清晰日盲成像驗證。
這一研究成果使得缺陷和摻雜工程為低成本、超靈敏、耐極端環境的日盲探測器的實現提供了可行的參考策略，也為其他光電器件的工程設計提供潛在的啟示。
（中國科大供圖）
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