【会员论文】Nano. Res丨哈工大矫淑杰团队：通过α-Ga₂O₃/CdS光电化学型探测器的热释光电子学效应实现宽光谱、高响应光通信

        由哈尔滨工业大学材料学院矫淑杰副教授的研究团队在学术期刊 Nano Research 发布了一篇名为High-performance α-Ga₂O₃/CdS quantum dots PEC photodetector based on the pyro-phototronic effect for optical communication（通过α-Ga₂O₃/CdS光电化学型探测器的热释光电子学效应实现宽光谱、高响应光通信）的文章。

        面向从信息交互到全天候健康监测等应用场景，下一代光电器件需兼顾宽光谱、高灵敏度与自供能等特性。哈工大材料学院矫淑杰团队在《Nano Research》上发表的研究工作，为满足上述需求提供了一种新思路。该工作成功研制出一种基于n-n型异质结的光电化学探测器，该器件突破了传统p-n结的构型限制，通过激发显著的热释光电子效应，实现了性能的显著提升。

        研究采用原位沉积工艺，在α-Ga₂O₃纳米棒表面修饰CdS量子点，从而将器件的光谱响应范围从传统的日盲紫外波段成功拓展至紫外-可见光区，同时将响应速度从秒级提升至毫秒量级。该项研究的一个重要发现是，在n-n型异质结中，CdS量子点产生的热释电场同样能有效调控界面能带结构，显著降低载流子输运势垒，进而实现高效的光生电荷分离与收集。

        采用低成本水热法制备α-Ga₂O₃纳米柱阵列，并利用化学浴沉积在α-Ga₂O₃纳米柱上沉积CdS量子点，形成的n-n异质结。在254 nm日盲紫外照射下，器件光电流密度达到1.54 μA cm⁻²，相比纯α-Ga₂O₃探测器性能提升169%；在450 nm可见光下，探测器亦表现出2.99 μA cm⁻²的优异光电流，实现宽光谱响应。随着光功率升高，热释光电子效应带来的增益最高可达191%，比探测率亦突破8.47×10⁹ Jones。CdS晶格沿c轴存在自发极化，光照引起的瞬态温升会改变其极化强度，从而在界面处产生可逆的热释电电场。该场与内建电场协同，可动态调控载流子输运，产生一个正向尖峰电流；当光关闭温度下降时，极化反转又会产生反向尖峰电流，这就为实现逻辑运算提供了物理基础。

DOI：

doi.org/10.26599/NR.2025.94907949