日盲紫外探測技術因高信噪比、低誤警率的特性，已成為天體物理觀測、高壓電力監測、森林防火、國家高技術應用等領域關鍵技術。傳統硅基探測器受限于材料特性，需通過復雜濾光系統實現日盲波段識別，導致設備笨重、成本高昂且抗輻射能力不足。超寬禁帶半導體氧化鎵（Ga2O3）帶隙~4.9 eV，是天然的日盲紫外波段（200-280 nm）探測材料，其254 nm光譜截止特性可在無需外置濾光裝置條件下實現超高信噪比探測。此外，近年來Ga2O3單晶可通過熔體法等成熟工藝制備大尺寸襯底，使其兼具低成本量產潛力與卓越的抗輻照性能，為構建輕量化、高性能、大面陣日盲紫外探測器集成芯片提供了堅實的基礎。
中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所納米加工平臺聯合納米器件研究部相關團隊，憑借氧化鎵探測器陣列優化與智能電路設計的協同創新，在日盲紫外探測領域取得重要突破。
動態紫外成像系統：Ga2O3陣列實現3米日盲紫外目標實時追蹤
研究團隊基于金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）外延生長技術通過優化三乙基鎵（TEGa）流量抑制Ga2O3外延薄膜中深能級缺陷氧空位，將Ga2O3日盲紫外探測器的噪聲電流降低至1.01 pA，響應速度提升至1.6 ms，靈敏度達到3.72 A/W。在電路設計方面，器件部宋賀倫團隊構建了“四位一體”信號處理體系——采用低導通電阻開關陣列實現像素精準選通，跨阻放大電路完成nA級微弱信號放大，高有效位數ADC低噪聲信號采集，結合FPGA芯片的高速并行處理，形成完整的成像電路解決方案。基于此開發的8×8像素陣列成像系統，可在自然光環境下識別3米外2.6 μW/cm2的微弱紫外信號，并實時捕捉運動點光源軌跡（如飛行器尾焰模擬）。為國家高技術領域、民用火災監測等場景提供了小型化、高可靠性的日盲紫外成像技術新范式。
該成果以Ultrasensitive dynamic ultraviolet imaging based on Ga2O3 photodetector array為題發表在光學領域國際著名期刊Optics Letters（2025,50(5),pp. 1633-1636.
圖1. UV動態成像測試方案示意圖及上位機軟件顯示窗口
圖2. 紫外成像系統原型的示意圖和紫外成像系統的顯示效果
近年來，納米加工平臺圍繞超寬禁帶半導體材料與器件搶占“芯”一輪材料技術制高點的國家戰略需求，為超寬禁帶半導體氧化鎵（Ga2O3）薄膜外延與器件工藝等發展提供技術支撐，攻克氧化鎵日盲紫外探測器的靈敏度、速度與集成化等難題，近期取得了一系列新突破：
（1）低功耗探測器突破：GaON介質層實現響應度20倍躍升
針對自驅動探測器靈敏度低的瓶頸，研究團隊通過MOCVD技術在p-GaN基底上生長多晶相Ga2O3薄膜，并創新引入原位GaON介質層，顯著提升光生載流子分離效率。該器件在零偏壓下實現3.8 A/W超高響應度（254 nm光照），暗電流低至3.08 pA，探測率達1.12×1014 Jones，響應速度達66/36 ms，無需外接電源即可工作。該成果為深空探測、野外監測等無源場景提供了小型化解決方案。
該成果以High-Photoresponsivity Self-Powered a?,ε?,and β?Ga2O3/p-GaN Heterojunction UV Photodetectors with an In Situ GaON Layer by MOCVD為題發表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（2022,14,(30),35194-35204.
圖3. 原位GaON介質層強化光電流示意圖和器件254 nm光照I-V特性曲線
（2）高速高頻探測器：納米種子層抑制缺陷，帶寬突破2 kHz
為提升器件響應速度，團隊在4 inch藍寶石（Sapphire）襯底MOCVD外延生長時，提出并設計了單晶Ga2O3納米顆粒種子層（NPSL），將薄膜生長模式從島狀生長優化為橫向合并，有效抑制氧空位等深能級缺陷。制備的金屬-半導體-金屬（MSM）結構探測器暗電流僅81.03 pA，響應速度達62/142 μs，頻率帶寬2 kHz，探測率2.81×1014 Jones，線性動態范圍61 dB，可滿足高速通信與瞬態信號捕捉需求。
相關論文以High-Speed and Ultrasensitive Solar-Blind Ultraviolet Photodetectors based on In Situ Grown β?Ga2O3 Single-Crystal Films為題發表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces（2024,16(5),6068-6077.
圖4. （a）4 inch Sapphrie襯底Ga2O3外延片，（b）Ga2O3 MSM探測器頻率響應帶寬
圖5. 基于擴散理論的肖特基勢壘和缺陷增益分析
（3）準垂直結構Ga2O3肖特基探測器：高速與高響應度
面向國家高精度探測需求，研究團隊通過縮短載流子遷移路徑與優化電極設計，基于Pt低電極外延生長的準垂直結構Ga2O3肖特基紫外探測器，引入光敏區嵌入金屬條紋設計，將響應度提升至2998 A/W，響應時間達120 μs。為機載探測、臭氧監測等高精度探測應用提供了全新解決方案。
相關成果以High-Speed and High-Responsivity Quasi-Vertical Schottky Photodetectors of Epitaxial Ga2O3 on Pt Substrate為題發表于期刊IEEE Electron Device Letters（2025,46 (1),60-63.
圖6. 準垂直型Pt/Ga2O3肖特基光電探測器及核心參數對比
上述系列成果推動了氧化鎵日盲紫外探測器向高靈敏、低功耗、小型化方向發展，在環境監測、生物醫療、深空探測、國家高技術應用等領域具有重大應用價值和技術優勢。上述工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、江西省自然科學基金、南昌重點實驗室建設項目等支持，同時得到了中國科學院蘇州納米所納米加工平臺、測試分析平臺、納米器件研究部、納米真空互聯實驗站（Nano-X）等部門大力支持。
（來源：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所 ）
