东北师范大学研究团队在日盲增强双波段紫外光电探测器研究进展-军工资源网—

东北师范大学研究团队在日盲增强双波段紫外光电探测器研究进展

军工资源网 2026年03月11日

紫外光探测技术在保密通信、电晕监测、火焰探测、生化分析和空间探索等领域具有重要应用价值。目前商业化的紫外光电探测器主要包括光电倍增管和硅基光电二极管。光电倍增管虽具有高速度和高灵敏度的优点，但存在体积大、易碎和工作电压高等缺点。全固态半导体硅光电二极管则具有体积小、功耗低和成本低的优势，但由于硅的带隙较小，用于紫外光探测时需要额外的滤波模块，增加了成本，且其间接带隙特性导致在紫外波段的灵敏度较低。与硅材料相比，宽禁带半导体材料具有合适的带隙值、高紫外光吸收系数和良好的热稳定性，能够满足器件小型化和高性能的需求，在紫外光探测领域展现出独特优势。目前研究较多的宽禁带半导体材料包括GaN、SiC和ZnO等，已有基于这些材料的商业化产品。由于200-280 nm紫外光（称为日盲紫外光）受到大气强烈吸收，该波段紫外光很少到达地球表面，因此日盲紫外探测具有环境噪声低和灵敏度高的优势。然而，现有商业紫外光电探测器的峰值光响应几乎都不在日盲紫外波段，且随着信号光波长减小，器件的光响应度呈现显著下降趋势。为提高紫外光电探测器对日盲紫外光的响应度，超宽禁带半导体材料如AlGaN、MgZnO、Ga₂O₃和金刚石等成为研究热点。其中，Ga₂O₃具有约4.9 eV的带隙，天然将其光响应定位在日盲紫外区，同时具有优异的热化学稳定性和高吸收系数，是制备日盲紫外探测器最有前景的材料。但基于Ga₂O₃的光电器件存在持续光电导效应问题，且大多数报道的紫外光电探测器为单波段或宽波段探测，缺乏对不同波长紫外光的有效识别能力。

在这项研究中，研究人员开发了一种基于β-Ga₂O₃/(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃/GaN异质结的日盲增强双波段紫外光电探测器。研究人员通过引入(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃势垒层，有效抑制了异质结器件的反向漏电流，降幅超过六个数量级。在日盲紫外光照射下，Ga₂O₃材料中产生的自陷空穴增强了结区电场并诱导载流子隧穿，从而产生光生电流增益，显著提升了器件在日盲紫外波段的光探测性能。在-20 V偏压下，该器件实现了2033的光电流增益、900 A/W的光响应度和2.55×10¹³ Jones的比探测率。针对日盲紫外光照射下明显的持续光电导现象，研究人员采用紫外光照与电路断开的组合方法，将电流弛豫时间从持续状态显著缩短至3秒内，电流下降五个数量级。此外，研究人员提出了一种新型双波段紫外探测方法，利用器件在不同波长紫外光照射后电流弛豫速率的差异来区分日盲紫外光（λ≤270 nm）和长波紫外光（λ>270 nm）。在210 ms的时间间隔内，250 nm光照后的电流从最大值降至90%，而350 nm光照后的电流从100%降至1%，实现了对两种紫外波段的有效识别。该器件结构为nBp异质结，通过金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底上外延生长GaN、Ga₂O₃和(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃薄膜制备而成。

该研究成功制备了基于β-Ga₂O₃/(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃/GaN异质结的日盲增强双波段紫外光电探测器，实现了高灵敏度日盲紫外探测和双波段识别功能。研究表明，引入(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃势垒层可显著增大异质结的导带偏移量（约1.0 eV），有效阻挡界面电子传输，将反向暗电流降低六个数量级以上，从而降低了器件噪声、提高了探测能力。在日盲紫外光照射下，Ga₂O₃中产生的自陷空穴通过增强耗尽区电场和能带弯曲，诱导电子隧穿效应，使器件在-20 V偏压下获得2033的高增益、900 A/W的高响应度和2.55×10¹³ Jones的高比探测率，显著优于长波紫外波段的性能。针对自陷空穴积累导致的持续光电导问题，研究证实通过光照配合电路断开的方法可加速自陷空穴与隧穿电子的复合，在3秒内使电流恢复至基线水平，有效解决了响应速度问题。此外，利用不同波长紫外光照射后器件电流弛豫速率的显著差异（日盲紫外光照射后弛豫缓慢，长波紫外光照射后弛豫迅速），实现了无需额外滤波模块的双波段紫外识别功能。该器件在210 ms内即可区分两种紫外波段，为紫外光探测提供了一种新的技术路径。该研究为开发高性能、多功能日盲紫外光电探测器提供了有效方案，在保密通信、电晕监测和生化分析等领域具有潜在应用价值。未来研究可进一步优化弛豫时间参数，并开发针对混合光信号的识别方法。

东北师范大学研究团队在日盲增强双波段紫外光电探测器研究进展

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