日盲紫外光电探测器具有高信噪比、虚警率低等优点，在民用和军事领域有广泛的应用价值。超宽禁带半导体氧化镓具有合适的禁带宽度（4.4-5.1 eV）、简单的制备工艺、较低的生长成本，因而被视为日盲紫外探测的理想材料。与薄膜或块体材料相比，半导体微纳结构具有各向异性、较大的比表面积以及较高的晶体质量，使其具有独特的光电特性。目前，基于氧化镓微米线的光电探测器性能还不理想。另外，对于成像应用来说，探测器阵列比单个探测器具有更快的成像速度，但由于氧化镓微米线是随机生长在衬底上的，难以将其集成到探测阵列中。因此，亟需改善氧化镓微米线探测器性能，并开发一种适合于制备微米线探测阵列的集成工艺，以实现高性能的氧化镓微米线日盲探测阵列。

    郑州大学金刚石光电材料与器件课题组杨珣和单崇新等人利用CVD制备了锡掺氧化镓微米线，研究显示锡掺杂能大幅度提高氧化镓微米线的探测性能，锡掺杂氧化镓微米线探测器的光/暗电流比达到10⁷，响应度最高可达2409 A·W⁻¹ (工作电压40 V)，该数值是目前报道氧化镓日盲探测器的最优值之一。此外，我们通过将氧化镓微米线转移到图形电极的方法，制备了氧化镓微米线的1×10线性阵列，利用该探测器阵列作为成像单元，获得了清晰的日盲成像结果。该研究为制备高性能的氧化镓微米线光电探测阵列提供了一种便捷的途径。

图1 (a) 未掺杂（左）和锡掺杂（右）的氧化镓微米线照片；(b) 未掺杂的氧化镓微米线SEM图片；(c) 锡掺杂氧化镓微米线的SEM图片；(d) 单根锡掺氧化镓微米线的EDS能谱；(e) 单根微米线中的锡元素分布；(f) 单根锡掺氧化镓微米线的XRD谱图。

图2 (a)锡掺氧化镓微米线的拉曼图谱；(b) 拉曼图谱在200 cm-1处的局部放大图；(c) 锡掺氧化镓的HRTEM图谱，插图为对应的FFT图；(d) 选区电子衍射图（SAED）；(e) 锡掺氧化镓微米线的吸收光谱，插图显示(αhν)²与光子能量(hν)的关系；(f)未掺杂和锡掺杂氧化镓微米线器件在光照和黑暗条件下的I-V特性曲线。

图3 (a)-(c）探测阵列制备流程示意图和（d）实物照片。

图4 (a) 10个光电探测器单元的I-V特性曲线；(b) 20 V下10个光电探测器单元的暗电流和光电流分布；(c)不同电压下光电探测器单元的响应谱；(d)光电探测器单元在20 V偏压下的对数坐标响应谱；(e)最大响应度和外量子效率随外加偏压的变化；(f)偏压为20 V时光电探测器响应时间。

图5 在不同(a)偏置电压和(b)光强下锡掺氧化镓微米线光电探测器的周期响应；最大光电流与(c)偏置电压(d)随光强的变化；(e)光电探测器的动态响应及存放一个月后的稳定性测试。

图6 (a)以锡掺氧化镓微米线光探测器线性阵列为传感单元的成像系统实验装置；(b-e)“X”、“Y”、“Z”、“U”四种图形的成像结果。

杨珣，郑州大学副教授，硕士研究生导师。博士毕业于中科院长春光学精密机械与物理研究所，2017年入职郑州大学物理学院金刚石光电材料与器件课题组。主要从事宽禁带半导体光电器件、金刚石量子信息材料研究。近年来在Adv. Mater.，Nano Res.，Mater.Horiz.，Mater. Today Phys.，Carbon等期刊以第一作者或通讯作者发表论文20余篇，先后主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金特别资助等项目。

单崇新，郑州大学教授，博士生导师，郑州大学学术副校长，物理学院（微电子学院）院长，国家杰出青年基金获得者、中组部万人计划“青年拔尖人才”、人社部“百千万人才工程”及国家有突出贡献中青年专家、中国青年科技奖获得者。主要从事宽禁带半导体光电材料与器件研究工作，已发表学术论文300余篇，主持国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金重点项目等。

更多详情见课题组主页：http://www7.zzu.edu.cn/diamond/。欢迎各地学生报考攻读硕/博士学位。

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