近日，我校物理學(xué)院、集成光電子全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的馬劍鋼教授、李鵬副教授團(tuán)隊(duì)在紫外光探測(cè)與成像領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。日盲紫外探測(cè)技術(shù)（200?280 nm）在高壓輸電、火災(zāi)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)圍繞提升探測(cè)器核心性能（響應(yīng)度、探測(cè)率、響應(yīng)速度）和探索新型應(yīng)用（單像素成像、生物視覺(jué)模擬），在氧化鎵（Ga2O3）基日盲紫外光探測(cè)與成像領(lǐng)域取得一系列原創(chuàng)性研究成果，相關(guān)成果連續(xù)發(fā)表在Nature Communications、IEEE Electron Device Letters等國(guó)際知名期刊上。
圖1. 日盲紫外單像素成像系統(tǒng)及其對(duì)靜止和運(yùn)動(dòng)物體的成像
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于Ga2O3/AlN/AlGaN:Si異質(zhì)結(jié)的日盲紫外光電探測(cè)器，利用N極性AlN/AlGaN:Si界面的自發(fā)極化場(chǎng)加速光生載流子分離和傳輸。該探測(cè)器在245 nm光照和零偏壓下，實(shí)現(xiàn)了高響應(yīng)度（0.73 A/W）、高比探測(cè)率（＞1011 Jones）與快響應(yīng)速度（上升時(shí)間~60 ns，下降時(shí)間~56 μs）的優(yōu)異結(jié)合。團(tuán)隊(duì)與物理學(xué)院周成老師開(kāi)展交叉合作，共同搭建了一套日盲紫外單像素成像系統(tǒng)，通過(guò)器件-算法協(xié)同優(yōu)化，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)的清晰捕捉與實(shí)時(shí)成像演示。相關(guān)成果以“High-sensitivity and fast-response solar-blind photodetectors via band offset engineering for motion tracking”為題，發(fā)表在國(guó)際期刊Nature Communications上。我校物理學(xué)院博士后王宏彬?yàn)檎撐牡牡谝蛔髡?，李鵬副教授、馬劍鋼教授和徐海陽(yáng)教授為共同通訊作者。
圖2. 鐵電-壓電效應(yīng)耦合調(diào)控光電探測(cè)器性能
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于Ga2O3/ZnO:V異質(zhì)結(jié)的自供電日盲紫外探測(cè)器，利用壓電效應(yīng)和鐵電極化協(xié)同增強(qiáng)了異質(zhì)界面處的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度和光生載流子分離效率。該探測(cè)器在260 nm光照和零偏壓下，響應(yīng)度提升至64.5 mA/W、比探測(cè)率達(dá)到3.8×1010 Jones、上升/下降時(shí)間為1.9 μs/45.2 μs。相關(guān)成果以“Enhanced Performance of Self-Powered Ga2O3/ZnO:V Heterojunction Solar-Blind Ultraviolet Photodetectors by Coupling Ferroelectricity and Piezoelectricity”為題，發(fā)表在國(guó)際期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。我校物理學(xué)院王宏彬博士后為論文的第一作者，李鵬副教授和馬劍鋼教授為共同通訊作者。
圖3. 壓電調(diào)控突觸可塑性及心電圖模式識(shí)別功能
研究團(tuán)隊(duì)還利用非晶氧化鎵（a-Ga2O3）的持續(xù)光電導(dǎo)現(xiàn)象和ZnO的壓電效應(yīng)，構(gòu)建了柔性a-Ga2O3/ZnO異質(zhì)結(jié)光電突觸器件。應(yīng)變誘導(dǎo)的壓電極化場(chǎng)調(diào)控了異質(zhì)界面處的能帶彎曲和載流子動(dòng)力學(xué)。在-0.57%壓縮應(yīng)變下，突觸權(quán)重提升了22%（從1076.3%變化到1310.2%）。利用該器件，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)心電圖（ECG）模式的識(shí)別，識(shí)別準(zhǔn)確率在應(yīng)變調(diào)控下提升至83.5%。相關(guān)成果以“Ga2O3-Based Optoelectronic Synapse With Piezo/Photo-Gated Modulation for Multimodal Perception”為題，發(fā)表在國(guó)際期刊IEEE Electron Device Letters上。我校物理學(xué)院王宏彬博士后為論文的第一作者，李鵬副教授和馬劍鋼教授為共同通訊作者。
以上研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、面上項(xiàng)目、青年基金項(xiàng)目、吉林省科技廳基金等大力支持。
相關(guān)論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-63683-w
https://doi.org/10.1021/acsami.4c04747
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11087229
