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基于蓝宝石衬底的高探测率快速β-Ga₂O₃日盲光电探测器
Fast β-Ga₂O₃ Solar-Blind Photodetectors With High Detectivity on Sapphire Substrates
| 作者 | Chen He · Jun Zheng · Yiyang Wu · Jinlai Cui · Zhi Liu |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 宽禁带半导体 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | Ga2O3 日盲光电探测器 MOCVD 响应特性 日盲探测 |
语言:
中文摘要
近年来，由于具有超宽的禁带宽度，Ga₂O₃日盲光电探测器（PD）得到了广泛研究。在本研究中，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法在蓝宝石衬底上生长了半高宽（FWHM）为0.19°的高质量β - Ga₂O₃薄膜。制备了Ga₂O₃金属 - 半导体 - 金属光电探测器，其表现出高达1.89×10⁵（R₂₅₀ₙₘ/R₄₀₀ₙₘ）的高响应波长选择性。在10 V偏压下，该光电探测器在254 nm波长处的响应度（R）约为500 A/W，比探测率（D*）为1.7×10¹⁴琼斯，响应时间仅为1.5 ms，这表明其在日盲探测方面具有巨大潜力。最后，在波长为254 nm、光强约为178 nW/cm²的光照下，图像变得模糊。这些结果为先进的基于Ga₂O₃的光电器件开辟了道路。
English Abstract
Ga2O3 Solar blind photodetectors (PDs) have been widely researched in recent years due to their ultrawide bandgap. In this work, high-quality -Ga2O3 film with Full Width at Half Maximum (FWHM) of 0.19° was grown on sapphire substrates by MOCVD. The Ga2O3 Metal Semiconductor-Metal PDs were fabricated, showing a high response wavelength selectivity of 1.89 10 ^5 (R _ 250 nm /R _ 400 nm) . At 10 V, the PDs show responsivity (R) of about 500 A/W at 254 nm, specific detectivity (D*) of 1.7 10^14 Jones, and response time of merely 1.5 ms, indicating its great potential for solar blind detection. Finally, images became unclear under illuminated light of about 178 nW/cm2 at 254 nm wavelength. These results open avenues for advanced Ga2O3-based optoelectronics.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，该β-Ga₂O₃日盲紫外光电探测器技术虽非直接应用于能量转换领域，但在新能源系统的智能化监测与安全防护方面具有潜在战略价值。
**业务协同价值分析：**
该技术的日盲特性（仅响应250-280nm紫外光）可应用于大型光伏电站和储能系统的电晕放电监测。高压设备产生的电晕会辐射特征紫外光，传统可见光探测器易受日光干扰，而此技术1.89×10⁵的波长选择性和1.7×10¹⁴ Jones的高探测率，能在强日照环境下精准识别绝缘劣化和局部放电隐患，这对阳光电源的逆变器、储能系统等高压设备的预防性维护具有重要意义。
**技术成熟度评估：**
MOCVD工艺制备的薄膜质量已达较高水平（FWHM 0.19°），但1.5ms的响应时间相较商用硅基探测器仍有差距。蓝宝石基底的选择表明成本控制尚需优化，这与阳光电源追求高性价比解决方案的理念存在一定距离。当前技术更适合作为高端监测模块的选型参考，而非大规模部署方案。
**战略机遇与挑战：**
随着分布式光伏和储能系统向智能化演进，集成式安全监测需求日益凸显。阳光电源可考虑将此类传感技术纳入数字化运维平台的技术储备，但需关注成本下降路径和与现有监测体系的兼容性。更现实的路径是与设备健康管理系统结合，在高价值场景（如大型地面电站、工商业储能）进行试点验证，探索差异化竞争优势。