基于一维核双壳径向单极势垒结构的日盲雪崩光电探测器
背景介绍：
日盲紫外（200-280 nm）探测器内因其在环境监测、火焰探测、空间通信及国防安全等领域的广泛应用而备受关注。因地球大气中的臭氧层对该波段光具有强吸收，使其具有良好的抗干扰特性，特别适合高精度光电探测应用。近年来，具有极高的击穿电压、优异的热稳定性以及显著提升的响应度和增益潜力的Ga2O3基雪崩光电探测器（APDs）成为研究热点。尽管在器件设计和材料工程方面已取得一定进展，目前日盲APDs的性能提升仍面临诸多挑战，主要表现为探测率和增益的进一步优化受限。现有研究表明，提升光吸收效率、增加反向偏压以及有效抑制暗电流，是改善APDs性能的关键策略。此外，如何实现低噪声、高增益的可靠器件设计仍是需要重点攻克的技术难点，这为下一步研究提供了明确方向。
成果简介：
课题组通过设计一维ZnO/HfO2/Ga2O3核@双壳径向异质结，引入单极势垒结构，成功实现了超高性能的日盲区雪崩光电探测器。一维结构通过提升比表面积，有效增强了光吸收效率，同时克服了传统体材料器件中光约束能力不足的局限性。通过在径向异质结中引入HfO2势垒层，导带阶从1.49 eV提高至2.15 eV，同时避免了价带势垒的引入，从而构建出具有高导带阶的单极势垒结构。这种高单极势垒不仅有效抑制了暗电流，还显著提高了雪崩击穿电场和雪崩增益。优化后的雪崩光电探测器实现了2.2 × 105 A/W的响应度和3.1 × 1016 Jones的探测率，雪崩增益达到4.7 × 104，是无HfO₂势垒层器件的15.6倍。相较于其他日盲区光电探测器，包括基于AlGaN、MgZnO和Ga2O3的日盲区雪崩光电探测器，该器件在性能指标上表现出明显优势。此外，该探测器具有6.4 ms的响应时间和102的日盲/可见光响应比，展现出卓越的抗太阳光干扰能力，为日盲区光电探测技术的发展提供了新的思路。
成果示意图：
文章信息：
Jianqi Dong, Pen Wan, Wei Xia, et al. 1D core@dual-shell radial heterojunction for unipolar barrier solar-blind avalanche photodetector. Adv. Funct. Mater.2024, 2417865.（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202417865）