【国内论文】北京理工大学---利用 Ga₂O₃ 薄膜和 HgTe 胶体量子点的紫外线和红外线双波段光电探测器

        由北京理工大学的研究团队在学术期刊 Nanoscale Advances 发布了一篇名为 An ultra-violet and infrared dual-band photodetector using a Ga₂O₃ thin film and HgTe colloidal quantum dots（利用 Ga₂O₃ 薄膜和 HgTe 胶体量子点的紫外线和红外线双波段光电探测器）的文章。

        本研究得到光电测量与智能感知中关村开放实验室 SOMP-2024-01、国家自然科学基金（编号：62475012）、集成电路材料国家重点实验室（编号：SKLJC-K2024-07）、北京凝聚态物理国家实验室（编号：2023BNLCMPKF012）和西湖光电研究院（编号：2024GD003）的资助。

        紫外（UV）与红外（IR）双波段光探测技术可同时或选择性地探测来自这两个不同波长范围的信号，在需要多光谱信息的环境中具有广阔的应用前景。在本研究中，将由非晶 Ga₂O₃ (a-Ga₂O₃) 薄膜制成的日盲紫外光探测器与由 HgTe 胶体量子点（CQD）薄膜制成的短波红外光探测器相结合。该光电探测器在紫外波段表现出高达 1808 A W⁻¹ 的响应度、3.88 × 10¹⁴ Jones 的探测度以及 8.8 × 10⁵% 的外量子效率；在短波红外波段，其响应度达到 0.25 A W⁻¹，探测度为 1.45 × 10¹⁰ Jones，外量子效率为 15.5%。此外，该光电探测器成功应用于电晕放电检测，进一步验证了其实际应用价值。

        该研究成功开发了一种 Ga₂O₃ 薄膜与 HgTe 量子点结合的紫外-红外双波段光电探测器，并实现：

        在 UV 波段 1808 A/W 的高光响应度和 8.8 × 10⁵% 的 EQE。

        在 SWIR 波段 0.25 A/W 的光响应度，具有高信噪比。

        在高压环境下精准检测电晕放电，用于电网安全监测。

        该研究为下一代多光谱探测器和工业传感技术提供了新的发展方向。

图 1 材料特征。(a) a-Ga₂O₃ 和 HgTe CQDs 的吸收光谱；(b) a-Ga₂O₃ 薄膜的光带隙；(c) a-Ga₂O₃ 薄膜和 HgTe CQDs 的 XRD；(d) a-Ga₂O₃ 的 SEM 图像；(e) HgTe CQDs 的 TEM 图像。

图 2 a-Ga₂O₃ SBPD 的光电特性。(a) 基于 a-Ga₂O₃ 薄膜的 SBPD 的 I-V 特性曲线；(b) 光电流和拟合曲线；(c) 光暗电流比；(d) 响应率；(e) 检测率和 (f) EQE 随光强变化的曲线；(g) 器件在 10 V 偏压下随波长变化的光电流曲线；(h) 在 500 μW cm⁻² 和 10 V 偏压下的瞬态光响应曲线；(i) 器件在不同光强的 254 nm 波长下的响应时间。

DOI：

doi.org/10.1039/D4NA00978A