复旦大学卢红亮课题组在柔性氧化镓光电探测器方面取得重要研究进展 实现超灵敏的深紫外光探测率

日期:2022-06-30 阅读:438
核心提示:-Ga2O3材料因具有超宽禁带宽度(~4.9eV)、高击穿电场(~9 MV/cm)、优异的热稳定性以及对紫外光的高吸收系数等特点,被认为是深紫外

β-Ga2O3材料因具有超宽禁带宽度(~4.9eV)、高击穿电场(~9 MV/cm)、优异的热稳定性以及对紫外光的高吸收系数等特点,被认为是深紫外光电探测器应用的最佳候选材料之一。然而受到β-Ga2O3基器件工艺的限制,目前已报道的β-Ga2O3基紫外光电探测器通常都制备在硬性衬底上,不具有机械柔韧性,这极大地限制了β-Ga2O3紫外探测器在透明、可穿戴和可折叠等新兴电子领域中的应用。

近日复旦大学微电子学院卢红亮教授团队首次在聚酰亚胺(PI)基板上制备了全柔性的高性能β-Ga2O3光电晶体管,实现了超灵敏的深紫外光探测率,填补了β-Ga2O3基柔性深紫外探测领域的空白。相关工作以“High responsivity and flexible deep-UV phototransistor based on Ta-doped β-Ga2O3”为题发表于npj Flexible Electronics杂志上,微电子学院教授卢红亮、张卫,研究员杨迎国为通讯作者,博士研究生李晓茜为第一作者。

该光电晶体管基于优化的光浮区方法生长的高质量Ta掺杂β-Ga2O3单晶沟道材料,通过特殊退火工艺,在较低热预算的工艺窗口下,实现了在PI衬底上的全柔性可控制备。该器件具有1.32×106A/W的高响应度,5.68×1014Jones的高比检测度,1.10×1010%的高光暗电流比值,6.60×108%的高外量子效率和~3.5ms超短响应时间。此外,该器件显示出出色的可靠性和机械柔韧性,可以承受高达104次以上的0°弯曲循环。由于该器件展现出的优异光电、机械特性,团队将制备的器件与人工神经网络结合,验证了其超出人眼探测范围的图像识别能力,这为仿生机器人的紫外视觉应用带来了提升的可能性。这些研究结果表明,高性能全柔性Ta掺杂β-Ga2O3紫外光电晶体管在未来可穿戴光电、紫外成像和人工智能等领域具有巨大的应用潜力。

此项研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金的资助以及专用集成电路与系统国家重点实验室的支持。

图1制备的β-Ga2O3晶体管微结构及其电学特性
 
图2: 制备的β-Ga2O3光电晶体管在激发波长为250nm条件下的光电特性

图3: 制备的β-Ga2O3光电晶体管的时间响应和稳定特性

图4:基于制备的β-Ga2O3光电晶体管的人工神经网络仿真

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41528-022-00179-3

(文章来源:复旦大学微电子学院)
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