【国内论文】浙江理工大学郭道友教授团队：用于偏振敏感紫外成像传感的自供电 β-Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结的制备

        由浙江理工大学的研究团队在学术期刊 ACS Applied Electronic Materials 发布了一篇名为 Fabrication of a Self-Powered β-Ga₂O₃/PEDOT:PSS Heterojunction for Polarization-Sensitive Ultraviolet Imaging Sensing（用于偏振敏感紫外成像传感的自供电 β-Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结的制备）的文章。

        偏振敏感型深紫外探测器在高端成像、安全通信与智能传感中至关重要，但器件结构复杂、功耗较高限制了其应用。β-Ga₂O₃ 具有本征各向异性与超宽禁带，无需外置偏振片即可实现偏振响应。该团队构建 β Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结，利用界面内建电场实现自供电工作，为低功耗、高集成度偏振紫外探测提供简单高效的方案。

        偏振敏感型深紫外（DUV）光电探测器在高端成像、安全通信和智能传感领域具有重要研究价值，但其实际应用常受限于复杂的器件结构与高功耗。该团队制备了一种基于 β-Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结的自供电偏振敏感深紫外光电探测器。得益于单斜相 β-Ga₂O₃ 的本征各向异性光吸收与异质界面处的内建电场，该器件无需外置偏振片即可表现出高偏振依赖的光响应。在 254 nm 紫外光照下，β-Ga₂O₃ 光电探测器实现高达 136 的二向色比，展现出优异的本征偏振灵敏度。相比之下，β-Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结光电探测器在零偏压下仍可保持约 5 的二向色比。该团队利用该偏振敏感探测器成功实现偏振加密紫外成像传感，加密图像在一种偏振态下传输，并通过切换至正交偏振态实现精准解密。该工作为实现低功耗、偏振敏感型紫外探测器提供了一种简单有效的策略，并证实了 β-Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结在安全成像传感与先进光电子应用中的潜力。

        •基于 β‑Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结实现自供电偏振敏感深紫外探测。

        •纯 β‑Ga₂O₃ 光电探测器在无偏振片条件下实现高达 136 的二向色比。

        •自供电偏振响应，零偏压下二向色比约为 5。

        •实现偏振加密型紫外成像传感应用。

        •简化器件结构，无需外置偏振光学组件。

        该团队将单斜相 β-Ga₂O₃ 的本征各向异性光吸收与异质结诱导的内建电场相结合，研制出基于 β-Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结的自供电偏振敏感紫外光电探测器。器件呈现出明显的偏振依赖光响应，具有 180° 特征周期，并在零偏压下保持有效偏振分辨能力，高线性偏振度（DOLP）进一步证实了这一点。尽管异质结器件的二向色比低于纯 β-Ga₂O₃ 光电探测器，但在自供电条件下保留的偏振灵敏度可在无外部功耗的情况下实现可靠的偏振信息提取。该团队利用这一特性成功演示了偏振加密紫外图像传输方案，加密图像在一种偏振态下传输，并通过切换至正交偏振态实现精准解密。该结果提出了一种简单高效的低功耗偏振敏感紫外探测器实现策略，并证实了 β-Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结在安全成像传感和先进光电子应用中的潜力。

        本研究得到国家自然科学基金（Nos. 62304205、52300145、62274148、62374147、U23A20349）、浙江省自然科学基金（LQ24F040002、ZCLQN26F0403）、浙江理工大学科研基金（25062169-Y）与杭州市自然科学基金（No. 2024SZRZDF040001）资助。

图 1. （a）β‑Ga₂O₃ 单晶的 XRD 图谱；（b）β‑Ga₂O₃ 单斜晶体结构示意图；（c）β‑Ga₂O₃（100）晶面原子排布；（d）β‑Ga₂O₃ 单晶的角分辨偏振拉曼光谱；（e）角分辨偏振拉曼强度成像图；（f）线偏振光下 β‑Ga₂O₃ 单晶的偏振依赖吸收光谱；（g–i）β‑Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结的 SEM 图与对应的 Ga、S 元素面扫分布图。

图 2. （a）β‑Ga₂O₃ 微米线光电探测器在 254 nm 不同光强紫外光照下的 I–V 曲线；（b）不同入射光强下的 I–t 曲线；（c）不同偏振角线偏振紫外光照下的 I–t 曲线；（d）光电流随偏振角变化的极坐标图。

图 3. （a）0 V 偏压下 β‑Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结光电探测器在 254 nm 不同光强紫外光照下的 I–t 曲线；（b）0 V 下线偏振紫外光照的 I–t 曲线；（c）偏振分辨测试提取的偏振角相关光电流；（d）光电流随偏振角变化的极坐标图；（e）不同偏压下光电流分布成像；（f）不同光照条件下器件光电流空间成像；（g–i）β‑Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结接触前、暗态与光照下的能带示意图。

图 4. （a）自供电工作模式下基于 β‑Ga₂O₃/PEDOT:PSS 异质结光电探测器的偏振分辨紫外成像传感；（b）一种线偏振态下获取的偏振加密图像；（c）切换至正交偏振态重建的解密图像，呈现清晰高对比度细节；（d–f）由偏振分辨光电流信号提取的斯托克斯参数 S₀、S₁、S₂ 空间分布；（g）由斯托克斯参数计算得到的线性偏振度（DOLP）分布图。

DOI：

doi.org/10.1021/acsaelm.6c00286