科技日报记者 吴长锋
记者29日从中国科大了解到，该校微电子学院龙世兵教授课题组基于低成本非晶氧化镓材料，通过缺陷和掺杂工程实现了极端环境下依然表现超高灵敏度的日盲探测器。该方法为高性能、耐极端环境日盲紫外探测器的研制及应用提供了一种可行的参考。相关成果日前在线发表在《先进材料》杂志上。
日盲紫外光电探测器作为光谱探测不可或缺的部分，在导弹跟踪、火灾预警和深空探测等诸多关键应用场景中发挥着重要作用。在这些独特的应用场景中，日盲紫外光电探测器将不可避免地面对极端恶劣的环境，如高温、高电场、高辐射。传统的硅基日盲紫外探测器对紫外光灵敏度低、热稳定性差，难以满足苛刻环境下高灵敏探测的需求。因此，亟须开发一种具有较高环境耐受性的高性能日盲紫外探测器。
氧化镓作为新兴的超宽禁带半导体材料，具有热稳定性好、禁带宽度大、紫外吸收系数大、材料易加工等优点，是日盲紫外探测较为理想的候选材料。然而，基于非晶氧化镓材料开发高环境耐受性的高性能日盲紫外探测器还需解决其材料稳定性差、缺陷密度高、漏电流大、持续光电导效应明显等问题。
课题组通过缺陷及掺杂工程，成功设计出高性能且耐极端环境的氧化镓日盲紫外探测器。该缺陷和掺杂工程，包括富镓的氧化镓非晶材料设计及后退火工艺以实现材料的重结晶及掺杂补偿。与常规非晶富镓氧化镓器件相比，工程化处理的器件暗电流降低107倍、探测率提升102倍、响应速度提升。同时，得益于子带隙吸收的抑制，探测抑制比提升了105倍，显示出器件优异的光谱选择性。在高温、高压、高辐射等极端条件下，器件依然保持较高的探测性能，实现了高温下的清晰日盲成像验证。
这一研究成果使得缺陷和掺杂工程为低成本、超灵敏、耐极端环境的日盲探测器的实现提供了可行的参考策略，也为其他光电器件的工程设计提供潜在的启示。
（中国科大供图）