【光学前沿】首尔国立大学与首尔大学合作开发自供能深紫外成像技术，基于各向异性传导单晶镓氧化物膜
近日，首尔国立大学与首尔大学的联合研究团队在国际知名期刊《ACSNano》上发表了一项突破性成果，成功开发出基于各向异性传导的自供能深紫外（UVC，波长200-280nm）成像技术。该技术以单晶镓氧化物膜为核心，有效解决了传统深紫外探测器的诸多局限，为军事、民用等领域的深紫外探测应用开辟了新路径。
一．深紫外探测需求迫切，传统技术瓶颈待破
深紫外光因被平流层臭氧层完全吸收，在地球表面难以自然获取，但其在导弹制导、火焰探测、通信等军事和民用领域具有不可替代的应用价值。然而，传统UVC探测器依赖光电倍增管或增强型硅光电二极管，普遍存在易碎、高功耗、需复杂光学滤波器等问题，严重限制了其应用场景。
为突破这些限制，科研界将目光投向超宽带隙（带隙大于4.0eV）材料，其中β-氧化镓（β-Ga₂O₃）因带隙约4.8eV、光电子性能优异且化学和热稳定性高，成为极具潜力的UVC探测材料。但β-Ga₂O₃的发展长期受限于高成本衬底，且其各向异性热导率阻碍了异质集成，如何在异质衬底上生长高质量β-Ga₂O₃薄膜，成为高性能UVC探测器研发的关键难题。
二．核心突破：垂直传导结构破解载流子传输难题
针对上述挑战，首尔国立大学与首尔大学团队提出了创新性解决方案：通过外延层转移技术，在蓝宝石纳米膜模板上外延生长硅掺杂的β-Ga₂O₃薄膜，构建垂直传导结构。
传统横向探测器因β-Ga₂O₃的各向异性对称性，载流子传输效率低下。而新开发的垂直传导结构，借助外延层转移技术实现了高效载流子输运，从根本上解决了这一问题。更重要的是，该探测器无需外部偏压即可工作，实现了“自供能”特性，大幅降低了功耗和系统复杂度。
三．技术细节：材料与结构设计驱动性能跃升
研究团队通过系列创新设计，实现了探测器性能的全面提升：在材料层面，采用硅掺杂的β-Ga₂O₃薄膜，兼顾了材料的光响应特性与导电性；在结构层面，利用蓝宝石纳米膜模板外延生长，并通过外延层转移技术构建垂直结构，最大化减少载流子传输损耗；在阵列设计上，成功制备出5×5自供能UVC成像光电探测器阵列，可实现高对比度成像。
性能测试显示，该探测器在响应度、探测度、响应时间等关键参数上均优于传统横向探测器，且暗电流极低，在无紫外光照射时几乎无电流输出，光照下则能快速产生稳定光电流，成像清晰度与对比度表现突出。
四．应用前景广阔，技术理念具借鉴意义
该研究不仅为高性能UVC探测器的制造提供了可行方案，其技术理念还具有广泛的借鉴价值。外延层转移技术为高质量单晶薄膜的异质集成提供了新思路，垂直结构设计对提升载流子输运效率的方法，可推广至其他光电器件的研发中。
未来，基于该技术的自供能深紫外成像探测器有望在导弹制导、火灾预警、环境监测等领域实现应用，推动深紫外探测技术向低功耗、小型化、高可靠性方向发展。
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2026-04-07
