【国内论文】JAC丨吉林交通职业技术学院：响应度达68.81 A/W！Pt纳米颗粒修饰Ga₂O₃/ZnO异质结实现高性能紫外探测

        由吉林交通职业技术学院的研究团队在学术期刊 Journal of Alloys and Compounds 发布了一篇名为 Fabrication and Photoelectric Properties of Pt Nanoparticles Modified Ga₂O₃/ZnO Heterojunction Ultraviolet Photodetector（铂纳米颗粒修饰 Ga₂O₃/ZnO 异质结紫外光电探测器的制备与光电性能）的文章。

        紫外光电探测器在光通信、环境监测等领域应用日益广泛，行业对器件的光电响应、灵敏度与响应速度等性能要求持续提升。ZnO 与 Ga₂O₃ 均为典型宽禁带半导体，在紫外波段具备优异光电响应特性，二者构建的异质结结构可优化载流子输运，提升探测性能。但传统异质结光电探测器普遍存在光信号吸收效率偏低、界面缺陷较多等问题，制约器件性能进一步提升。金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应是增强光吸收的有效手段，其中铂纳米颗粒能级匹配度高、化学稳定性优异，十分适用于光电探测器件改性。基于此，本文设计并制备铂纳米颗粒修饰的 Ga₂O₃/ZnO 异质结紫外探测器，结合异质结能带调控与铂纳米颗粒的等离子体增强效应，优化载流子分离效率，探究界面结构与光电性能的关联，为高性能紫外探测器研发提供新思路。

        针对异质结光电探测器光信号吸收效率低的问题，本文设计并制备了铂（Pt）纳米颗粒修饰的 Ga₂O₃/ZnO 异质结光电探测器。借助异质结的能带调控作用与 Pt 纳米颗粒的局域表面等离子体共振协同效应，器件光吸收效率、载流子分离效率以及光响应灵敏度均得到提升。在 30 V 偏压条件下，Pt 纳米颗粒修饰的 Ga₂O₃/Au/ZnO 异质结紫外光电探测器在 270 nm 和 365 nm 光照下的响应度分别为 58.44 A/W 和 68.81 A/W，外量子效率分别达到 27888.50% 和 23389.98%。实验结果表明，本文设计的异质结器件有望成为性能优异的紫外光电探测器。

        采用磁控溅射工艺制备非晶 Ga₂O₃ 薄膜，规避晶格失配、制备条件严苛等难题，工艺兼容性更强。

        引入 Pt 纳米颗粒，利用其局域表面等离子体共振效应，大幅提升器件紫外光吸收能力与光电响应性能。

        构建 Ga₂O₃/ZnO 异质结结构，拓宽器件响应波段，借助异质结内建电场促进光生载流子分离与输运。

        器件综合性能优异，具备高响应度、高外量子效率与良好的工作稳定性，实用价值突出。

        本文成功制备了 Pt 纳米颗粒修饰的 Ga₂O₃/Au/ZnO 紫外光电探测器，并对其各项性能进行了系统表征。在 20 V 偏压下，该异质结紫外光电探测器在 270 nm 和 365 nm 波长光照下的响应度分别为 26.00 A/W 和 41.08 A/W；当偏压提升至 30 V 时，器件在 270 nm 和 365 nm 光照下的响应度分别为 58.44 A/W、68.81 A/W，对应的外量子效率为 27888.50%、23389.98%。综合测试数据证明，经 Pt 纳米颗粒修饰后的 Ga₂O₃/Au/ZnO 紫外光电探测器光电响应能力得到显著提升。本研究成果为高效率、高性能光电探测器的研发提供了可行且有效的技术路线。

        本工作得到国家自然科学基金（编号：62274016）以及吉林省科技发展计划项目（编号：20210203216SF）的资助。

图 1 铂纳米颗粒修饰 Ga₂O₃/Au/ZnO 光电探测器的制备工艺流程示意图

图 2 (a) 氧化镓薄膜、(b) 氧化锌薄膜的 X 射线衍射图谱

图 3 铂纳米颗粒修饰的 Ga₂O₃/Au/ZnO 夹心结构 (a) 表面扫描电子显微镜图像；(b) 截面扫描电子显微镜图像；(c) 铂纳米颗粒/氧化镓表面扫描电子显微镜图像

图 4 (a) Ga₂O₃/ZnO 薄膜二维原子力显微镜图，(b) Ga₂O₃/ZnO 薄膜三维原子力显微镜图；(c) Ga₂O₃/铂纳米颗粒/ZnO 薄膜二维原子力显微镜图，(d) Ga₂O₃/铂纳米颗粒/ZnO 薄膜三维原子力显微镜图

图 5 所制备的 Ga₂O₃/铂纳米颗粒/ZnO 薄膜与 Ga₂O₃/ZnO 薄膜的吸收光谱

图 6 四种光电探测器在暗态以及不同紫外光照条件下的电流-电压曲线：(a) 氧化镓光电探测器；(b) 氧化锌光电探测器；(c) Ga₂O₃/ZnO 光电探测器；(d) Ga₂O₃/铂纳米颗粒/ZnO 光电探测器

图 7 (a) 不同偏压条件下，铂纳米颗粒修饰 Ga₂O₃/Au/ZnO 光电探测器的响应光谱；(b) 20 V 电压下，铂纳米颗粒修饰型与未修饰 Ga₂O₃/Au/ZnO、Ga₂O₃/Au、ZnO/Au 光电探测器的响应灵敏度对比图

图 8 (a) 不同偏压下，铂纳米颗粒修饰 Ga₂O₃/Au/ZnO 异质结光电探测器在 270 nm、365 nm 波长下的外量子效率图谱；(b) 270 nm 光照条件下，有无铂纳米颗粒修饰的 Ga₂O₃/Au/ZnO 异质结光电探测器外量子效率对比图

图 9 270 nm、365 nm 光照下，铂纳米颗粒修饰 Ga₂O₃/Au/ZnO 异质结光电探测器的 (a) 灵敏度光谱、(b) 线性动态范围光谱

图 10 270 nm、365 nm 光照下，铂纳米颗粒修饰 Ga₂O₃/Au/ZnO 异质结光电探测器的 (a) 比探测率光谱、(b) 噪声等效功率光谱

DOI：

doi.org/10.1016/j.jallcom.2026.189104