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【会员论文】武汉纺织大学何云斌教授联合湖北大学团队：基于单个氧化镓微米线的高响应度和高探测率柔性日盲光电探测器
日期：2026-04-20阅读：71
湖北大学、武汉纺织大学的研究团队在学术期刊 Physica B: Condensed Matter 发布了一篇名为 Flexible solar-blind photodetector based on individual gallium oxide microwire with high responsivity and detectivity（基于单个氧化镓微米线的高响应度和高探测率柔性日盲光电探测器）的文章。
背 景
日盲紫外光电探测器在国防预警、保密通信、环境监测、深空探测等领域具备不可替代的战略价值，是先进光电子器件的重要研究方向。传统日盲探测器件如光电倍增管、硅基紫外探测器存在体积大、功耗高、需外置滤光片、环境适应性差等短板，而宽禁带半导体凭借本征光谱选择性、全固态结构、低功耗等优势成为替代方案。β-Ga₂O₃作为典型超宽禁带半导体（禁带宽度～4.8 eV），天然匹配日盲紫外波段，兼具高辐射耐受性、热稳定性与化学惰性，是理想的日盲紫外探测材料。一维 β-Ga₂O₃微/纳米结构因结晶质量高、缺陷密度低、比表面积大、柔韧性好等特点，可显著提升器件性能，但传统制备方法依赖金、铂、锡等贵金属催化剂，不仅增加成本，还易引入金属杂质，限制其规模化应用。因此，开发一种无需催化剂、成本低廉且可控的一维β-Ga₂O₃微/纳材料制备方法，并据此构建高性能柔性日盲紫外探测器，具有重要的研究意义与应用价值。
主要内容
该团队提出一种无催化剂的亚氧化物化学气相传输（SOCVT）方法来制备高质量 β-Ga₂O₃微米线，为一维氧化物半导体提供了一种可控且低成本的制备途径。进一步地，通过将单根 β-Ga₂O₃微米线集成在间距为 50 μm 的两个金电极之间制成了高性能MSM型柔性日盲紫外探测器。在 20 V 偏压、255 nm 光照下，其响应度为 592 A/W，探测率为 3.3×10¹⁴ Jones，上升 / 衰减时间分别为 0.19 s/0.04 s。此外，在曲率半径 0.5 cm 下弯曲 1000 次后，器件仍保持 93% 的初始光电流，展现出优异的机械耐久性。这些结果凸显了 SOCVT 法生长的 β-Ga₂O₃微米线在高性能、柔性、可穿戴日盲紫外光传感系统中的应用潜力。
创新点
●首创无催化剂亚氧化物化学气相传输（SOCVT）法，低成本、可控制备高质量单晶 β-Ga₂O₃微米线，避免贵金属催化剂带来的成本与杂质问题。
●构建基于单根 β-Ga₂O₃微米线的柔性 MSM 结构日盲紫外探测器，实现超高响应度、高探测率与快速响应。
●器件兼具优异机械柔性与稳定性，经 1000 次弯曲循环后仍保持高性能，适用于可穿戴日盲紫外探测应用。
●器件在弱光条件下仍保持高灵敏度，光谱选择性优异，综合性能优于多数已报道同类器件。
结 论
该团队通过无催化剂的亚氧化物化学气相传输（SOCVT）方法成功合成了高质量 β-Ga₂O₃微米线。通过将单根 β-Ga₂O₃微米线集成在间距为 50 μm 的两个金电极之间，制备了 MSM 结构的日盲紫外光电探测器。该器件表现出优异的光电性能，在 20 V 偏压下，响应度为 592 A/W，探测率为 3.3×10¹⁴ Jones，上升 / 衰减时间分别为 0.19 s/0.04 s。此外，该器件表现出优异的机械柔韧性和工作稳定性，在 0.5 cm 弯曲半径下弯曲 1000 次后，光电流和暗电流几乎没有衰减。整体性能优于已报道的最先进器件，凸显了这种柔性结构器件优异的光电探测性能和机械鲁棒性。该研究结果为高性能、柔性、可穿戴日盲紫外探测系统提供了一条可行且可大规模推广的途径。
项目支持
本研究得到国家自然科学基金（批准号 62274057、52202132、11975093）、湖北省国际科技合作项目（批准号 2025EHA006）、武汉市科技创新局项目（批准号 2024040801020306、2025011202030396）以及湖北省高等学校科技创新团队计划（批准号 T201901）资助。
图 1. Ga₂O₃ 微米管的（a）实物照片、（b）SEM 图像、（c）XRD 图谱。
图 2. 单根 Ga₂O₃ 微米管的（a）TEM HAADF 图像、（b）EDS 元素面扫、（c）高分辨 TEM 图像、（d）选区电子衍射花样。
图 3. Ga₂O₃ 微米管的（a）XPS 全谱、（b）Ga 2p3/2、O 1s、C 1s 高分辨窄谱。
图 4. （a）基于单根 Ga₂O₃ 微米管的柔性日盲光电探测器的结构示意图、SEM 图及 Au、Ag、Ga 元素面扫；柔性探测器在（b）不同弯曲半径、（c）0.5 cm 固定半径反复弯曲下的 I–V 曲线；（d）1000 次弯曲后的多周期 I–t 曲线与（e）单周期 I–t 曲线。
图 5. 基于单根 Ga₂O₃ 微米管的柔性日盲光电探测器在（a）不同弯曲半径、（b）0.5 cm 固定半径反复弯曲下的 I–t 曲线；（c）光电流、暗电流随弯曲半径的变化；（d）光电流、暗电流随弯曲次数的变化。
图 6 基于单根 Ga₂O₃微米线的柔性日盲紫外探测器在20 V偏压下的光电探测性能：(a) 光谱响应度，(b) 光谱探测率，(c) 不同光功率密度下的多循环 I-t 曲线，(d) 光电流（及其拟合）、响应度、探测率与光功率密度间的关系。
DOI：
doi.org/10.1016/j.physb.2026.418603
