近日，东南大学电子科学与工程学院徐春祥教授团队在日盲雪崩光电探测领域取得重要进展，相关研究成果以“1D core@dual-shell radial heterojunction for unipolar barrier solar-blind avalanche photodetector”为题发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。
背景介绍
日盲紫外（200-280 nm）探测器因其在环境监测、火焰探测、空间通信及国防安全等领域的广泛应用，备受学界和业界关注。近年来，Ga2O3基雪崩光电探测器（APDs）凭借其极高的击穿电压、优异的热稳定性以及显著提升的响应度和增益潜力而成为研究热点。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，实现低噪声、高增益的可靠器件设计，也是需要重点攻克的技术难点。
成果简介
徐春祥教授团队通过设计一维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（如AlGaN、MgZnO和Ga2O3基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
该论文由东南大学电子学院徐春祥教授团队发表，第一作者为博士生董建奇，东南大学徐春祥教授、石增良副教授和暨南大学游道通副教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委面上/重点项目和江苏省基础研究计划的资助。
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）
