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【会员论文】北京邮电大学&南京邮电大学《LPR》: 纳米柱阵列双调制策略实现Ga₂O₃日盲紫外光电探测器性能突破
日期：2025-12-04阅读：24
一、研究背景
日盲紫外光电探测器在导弹追踪、火焰检测等领域具有重要应用，但传统平面Ga2O3探测器因光吸收弱和表面暗电流高而受限。宽禁带半导体Ga2O3虽具天然日盲特性，但其光电转换效率受限于载流子输运和光-物质相互作用。近年来，纳米结构如纳米柱阵列被证明能增强光捕获和调控能带结构，然而在Ga2O3中实现精准纳米工程仍具挑战。本研究通过设计Ga2O3纳米柱阵列，首次在实验和理论上揭示了其通过界面势垒调制和光场增强的双重优化机制，为高性能探测器提供了新思路。
二、研究进展
北京邮电大学&南京邮电大学团队在《Laser & Photonics Reviews》上发表了题为“Dual Modulation of Dark Carrier and Photocarrier in Ga2O3 Nanopillar Arrays for High-Performance Solar-Blind Ultraviolet Photodetectors”的论文。该研究针对平面Ga2O3探测器光吸收不足和暗电流高的问题，通过电子束光刻和等离子刻蚀技术制备了纳米柱阵列结构，实现了暗电流降低1000倍、响应度354.6 A/W、比探测率4.21×1014 Jones的突破性性能。创新点在于纳米柱几何结构同时调制了载流子输运界面势垒和光-物质相互作用，为日盲紫外探测器的实用化奠定了基础。
三、图文简介
图1：展示了Ga2O3纳米柱阵列的模拟电流密度分布和电场增强效应，揭示了载流子输运受限和光场局域化特性
图2：描述了纳米柱阵列的制备流程和材料表征，包括XRD图谱及紫外-可见吸收光谱，证明纳米结构提升了光吸收和光致发光强度。
图3：通过I-V特性曲线和能带图分析，显示纳米柱结构显著抑制暗电流并提升界面势垒。
图4：对比了不同纳米柱周期器件的PDCR、响应度和比探测率，突出NP-P200器件的最优性能。
图5：展示了光谱响应和时间特性，并演示了单像素成像应用，证明器件高速响应和成像潜力。
四、阅读启发
本研究通过纳米柱阵列工程实现了Ga2O3日盲紫外光电探测器的性能飞跃，暗电流降低至pA级，比探测率提升2729.4%，并具备0.29 ms的快速响应。其创新在于将光子学与电子学设计协同优化，为宽禁带半导体探测器提供了可扩展的纳米制造范式。启发在于纳米结构调控界面势垒和光场分布的策略可推广至其他光电系统，推动高性能器件在恶劣环境下的实际应用。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/lpor.202502096
