【国内论文】北京交通大学邓涛教授团队：氧化镓基日盲紫外光电探测器的改性研究---材料、工艺与应用综述

        由北京交通大学邓涛教授的研究团队在学术期刊Microelectronic Engineering发布了一篇名为Tailoring Ga₂O₃ for solar-blind UV photodetectors: A comprehensive review of materials, techniques, and applications（氧化镓基日盲紫外光电探测器的改性研究：材料、工艺与应用综述）的文章。

        本研究得到国家科技重大专项 “深部地球探测与矿产资源勘查”（编号：2024ZD1003100）资助。

        紫外光电探测器是现代科技领域中最重要的一类光电器件。这类器件可将入射的紫外辐射转换为电信号，从而实现对光学现象的非接触式实时监测。总体而言，紫外光电探测器具备响应速度快、时间分辨率高、可实现遥感探测且兼容电子读出电路等优势。自问世以来，紫外敏感器件已成为环境监测、火焰探测、导弹预警、空间通信、灭菌过程控制、辐射剂量测定以及生物 / 化学传感等诸多领域中不可或缺的关键器件。其中，工作于日盲波段 （200–280 nm） 的探测器能够有效区分人工紫外光源与太阳背景辐射，这对于实现高可信度的目标识别和低误报率的预警系统具有至关重要的意义。

        氧化镓 （Ga₂O₃） 基紫外光电探测器利用超宽禁带氧化镓的强光响应特性，将入射紫外辐射转换为电信号，从而实现对紫外光的精准监测与器件调控。这类器件凭借其本征日盲光谱响应 （200–280 nm），在环境监测、火焰探测、空间通信、导弹预警系统及辐射传感等领域具有广阔的应用前景。

        与光电倍增管、硅基器件等传统紫外探测器相比 —— 这类传统器件存在体积庞大、工作电压高、选择性依赖滤光片且易受可见光干扰等缺陷 —— 氧化镓基光电探测器在本征日盲选择性、高击穿电场、低暗电流、优异的热 / 化学稳定性及微纳集成兼容性等方面展现出显著优势。作为超宽禁带氧化物半导体的典型代表，氧化镓在下一代日盲探测用新型紫外敏感材料中脱颖而出。本文综述了氧化镓基紫外光电探测器的发展现状，探讨了氧化镓的主要紫外敏感机制（包括带间吸收、缺陷相关过程及内场驱动的载流子分离），并概述了金属 - 半导体 - 金属 （MSM）、肖特基结、p-n/p-i-n 结、异质结、相结及光电化学（PEC）等器件架构的最新研究进展。通过对比不同晶相、生长技术、接触方案及界面 / 钝化工程的氧化镓基光电探测器性能，本文分析了其在各领域的当前应用潜力。最后，本文重点指出了自供电工作、等离子体增强设计、晶相及异质结构工程、大规模集成实现等未来发展方向，为高性能氧化镓基紫外光电探测器的设计与制备提供参考。

        ●论文创新性地建立了 “工作模式（自供电 / 外偏置）+ 器件架构” 的二维分类体系，将 MSM、肖特基结、p-n/p-i-n 结、异质结、相结、PEC 等各类 Ga₂O₃ 基探测器纳入统一分析框架

        ●论文基于 PDCR （光暗电流比）、响应度、紫外 - 可见光抑制比、比探测率、响应速度等核心指标，系统梳理了近年来各类代表性器件的性能数据，构建了跨架构、跨材料的对比表格，量化揭示了增益、噪声、速度与光谱选择性之间的性能权衡关系

        ●论文创新性地将器件结构与性能组合和具体应用场景直接映射，针对空间探测、导弹预警、恶劣环境监测、大面积成像、柔性传感等不同需求，明确了各类器件的适配性的核心优化方向。

        氧化镓（Ga₂O₃）基日盲紫外光电探测器已从基础器件演示阶段，发展为包含金属 - 半导体 - 金属（MSM）、肖特基结、p-n/p-i-n 结、异质结、相结及光电化学 （PEC） 等多种结构的器件体系。研究表明，通过优化晶体质量、缺陷态、界面特性及接触工程，氧化镓器件可实现高响应度、低暗电流、大光暗电流比 （PDCR）、强紫外 - 可见光抑制比与较快响应速度的性能组合，部分场景下甚至可在低偏压或自供电模式下工作。

        然而，该领域仍面临若干关键挑战，例如可控且稳定的 p 型掺杂、可规模化的低缺陷外延生长、实际工作条件下的长期可靠性，以及与读出和控制电子器件的稳健集成。未来的发展有望依赖晶相工程、与二维半导体及 p 型氧化物的异质集成、等离子体及界面 / 钝化设计的协同进步，同时需开展兼顾传感、处理与通信功能的系统级协同设计。随着这些领域的持续攻关，氧化镓紫外光电探测器有望稳步迈向实际应用，既适用于空间与国防等战略领域，也可服务于环境监测、工业安全及智能传感网络等民用场景。

图 1. 氧化镓基光电探测器的分类。

图 2. (a) Bi/β-Ga₂O₃/Bi紫外光电探测器的示意图）。(b) Pt纳米颗粒尺寸对非晶态氧化镓紫外探测器性能的影响。(c) 基于氧化镓 / 多层石墨烯 氟掺杂氧化锡（FTO）的日盲紫外光电探测器。(d) 界面工程化氧化镓 / 碳化硅异质结紫外光电探测器。

图 3. (a) Ga₂O₃:Si/p−GaN 异质结紫外光电探测器的示意图。(b) 垂直 α/β-Ga₂O₃ 相结器件结构及其能带图的示意图。(c) Ti₃C₂/ Ag 纳米线基 α/β-Ga₂O₃ 相结光电探测器的示意图。(d) β-Ga₂O₃/κ-Ga₂O₃ 相结光电探测器的示意图。

图 4. (a) Pt/β-Ga₂O₃ 纳米棒 / p-GaN光电探测器的示意图。(b) CuSCN/Ga₂O₃ 异质结光电探测器的器件结构。(c) Ga₂O₃/CuBiI₄ 异质结光电探测器的示意图。(d) Ga₂O₃/KNNM(K_0.5Na_0.5（Nb_0.94Mn_0.06)O₃） 半导体 - 铁电异质结光电探测器的示意图。

图 5. (a) NiO_x/β-Ga₂O₃ p-i-n 型光电二极管与光电探测器。(b) p-Si/i-Ga₂O₃/n-Ga₂O₃ 异质结光电探测器。(c) 基于非晶态氧化镓的光电化学型（PEC）光电探测器示意图。 (d) α-Ga₂O₃ @ a-Al₂O₃ 核壳结构纳米棒阵列示意图。

DOI：

doi.org/10.1016/j.mee.2026.112456