【国内论文】SCIS丨西安邮电大学陈海峰等团队： 32 × 32 β-Ga₂O₃ MOS日盲紫外探测器阵列及性能

        Ga₂O₃（氧化镓）具有 4.5–5.3 eV 的超宽禁带，是日盲紫外（SUV）探测的理想材料。随着人工智能机器视觉对不同波长感测需求的增长，探测器正从单体向多探测器成像阵列发展。目前大多数 Ga₂O₃ 阵列探测器基于金属-半导体-金属（MSM）结构。这种结构由于缺乏主动开关功能，容易受到持续光电导（PPC）效应的影响，限制了其性能。研究表明通过栅极电压调制可以有效抑制 PPC 效应。相比于硅栅极场效应晶体管（FET），MOSFET 结构更易于集成到大规模阵列中。然而，由于制备工艺和物理特性的挑战，大规模 Ga₂O₃ MOSFET 探测阵列的进展此前较为缓慢。

        Ga₂O₃ 具有 4.5-5.3 eV 的超宽禁带宽度，是理想的日盲紫外线（SUV）探测材料。随着人工智能机器视觉应用对不同波长感知能力的图像传感器需求激增，Ga₂O₃ SUV 探测技术已开始从单探测器向多探测器成像阵列扩展。相比硅栅极 FET，MOSFET 更易集成于大规模阵列。然而，在制备工艺和物理特性方面仍存在未解决的问题，导致 Ga₂O₃ MOSFET 大规模探测器阵列的发展进程缓慢。本研究制备了 32×32 β-Ga₂O₃ MOSFET SUV 探测器阵列，详细分析了阵列的光电特性、栅控复位功能及成像性能，并阐明了相关物理机制。

        成功实现了 32 × 32 大规模 MOSFET 探测阵列的制备，突破了以往该类阵列进展缓慢的瓶颈。

        通过施加栅极电压，光电流抑制比高达约 7.7×10⁵，有效地解决了氧化镓探测器中常见的持续光电导问题。

        成功制备了 32×32 β-Ga₂O₃ MOSFET SUV 探测器阵列。当 V_G =2V/V_D =2 V 时，器件的 PDCR 达到最佳值 3×10³，其 τ_r 和 τ_d 分别为 62 ms 和 89 ms。当 V_G = −10 V 时，器件电流抑制比提升至 7.7×10⁵。在 1 kHz 栅极方波脉冲作用下，栅控复位响应时间缩短至微秒量级（τ_u = 32 µs, τ_f = 45 µs）。构建成像系统评估阵列性能。该系统在 SUV 照明下获得清晰成像结果。本研究有望推动 Ga₂O₃ MOSFET SUV 图像传感器的开发进程。

        本研究得到中国山西省自然科学基础研究专项计划（2023-JC-YB-574）和国家自然科学基金（62304178）的支持。

图1 (a)制备的 32 × 32 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）阵列图像；(b)阵列等效电路； (c) 单像素局部放大图及显微照片；(d) 暗态下及 (e) 254 nm 日盲紫外线 (SUV) 照射下 MOSFET 的实验 I_D-V_D 曲线；(f) 不同栅极电压 (V_G) 与驱动电压(V_D)下的光暗电流比(PDCR)分布； (g) 器件时间响应曲线；(h) 施加负栅极电压 （−10 V） 的 I_D 抑制效应（插图对比暗态与 SUV 条件下 V_G=2 V 与 −10 V 的 I_D 曲线）； (i) 在持续 SUV 照射下，输出电压 V_out 随施加 1 kHz V_G 方波脉冲变化的曲线；(j) 栅控响应时间；(k) 阵列中 100 个采样像素的分布；(l) V_G=2 V/V_D=2 V时阵列采样点的光电流与暗电流（插图显示暗电流的高斯分布）； (m) V_G = 2 V/V_D = 2 V 且 P = 1250 µW/cm² 时的局部 10 × 10 成像结果；(n) V_G = −10 V/V_D = 2 V 时阵列的电流均匀性。

DOI：

doi.org/10.1007/s11432-025-4506-1