类型a：原创性学术研究报告

一、研究团队与发表信息
本研究由Xuan Wang（第一作者）、Ke Ding、Lijuan Huang等13位作者合作完成，主要来自Chongqing Normal University（重庆师范大学物理与电子工程学院）和University of Science and Technology of China（中国科学技术大学微电子学院）。研究成果发表于期刊Applied Surface Science，2024年第648卷，文章编号159022，2023年12月2日在线发布。

二、学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于深紫外（Deep-Ultraviolet, DUV）光电化学（Photoelectrochemical, PEC）探测器领域，聚焦于太阳能盲区（Solar-Blind, 波长<280 nm）成像技术。
研究动机：目前，基于Ga₂O₃的固态探测器在太阳能盲区成像中表现优异，但光电化学型（PEC型）探测器因其自供电特性、高响应度和低成本潜力尚未被充分探索。传统固态探测器需复杂光刻工艺且电极网络会遮挡光敏区域，而PEC型探测器仅需单电极设计，光敏区域不受影响。
研究目标：通过构建α-Ga₂O₃@a-Al₂O₃核壳纳米棒阵列（Core-Shell Nanorod Arrays, NRAs），提升自供电PEC型探测器的性能，并首次实现太阳能盲区成像验证。

三、实验流程与方法
1. 材料合成
- α-Ga₂O₃ NRAs制备：采用水热法在FTO衬底上生长GaOOH纳米棒阵列，前驱体为Ga(NO₃)₃·9H₂O和NaOH溶液（pH=5），180℃反应24小时，随后400℃真空退火4小时转化为α-Ga₂O₃。
- α-Ga₂O₃@a-Al₂O₃核壳结构：通过原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）在α-Ga₂O₃表面沉积非晶Al₂O₃（a-Al₂O₃），以三甲基铝（TMA）和H₂O为源，200℃下调控沉积周期（10-100次）控制厚度。

1. 器件制备与表征

   • 阵列化设计：在5×5矩阵FTO衬底上制备探测器阵列，每个像素有效面积3×3 mm²。
     
   • 结构表征：X射线衍射（XRD）确认α-Ga₂O₃的（110）晶向择优生长；透射电镜（TEM）显示a-Al₂O₃包覆层厚度约4.3 nm；X射线光电子能谱（XPS）分析能带排列。
     

2. 光电性能测试

   • 三电极系统：以Na₂SO₄溶液为电解质，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂片为对电极，在254 nm和365 nm紫外光下测试光电流响应（I-t曲线）、响应度（Responsivity）和探测率（Detectivity）。
     

3. 成像验证

   • 5×5阵列成像：通过掩膜板投射“C”和“N”字母图案，记录各像素光电流生成2D图像。
     

四、主要结果与逻辑链条
1. 核壳结构优化：ALD沉积30周期时性能最佳，光电流密度从α-Ga₂O₃的4.60 μA/cm²提升至11.24 μA/cm²（0.5 mW/cm²光照），响应度从9.60 mA/W增至22.70 mA/W。
- 机理：α-Ga₂O₃@a-Al₂O₃异质结形成内置电场（Type-I能带排列，价带偏移0.2 eV，导带偏移2.1 eV），促进光生载流子分离与定向传输。

1. 光谱选择性：器件在215-275 nm波段响应显著，截止波长279 nm，紫外-可见抑制比达73.74，验证太阳能盲区探测能力。

2. 成像性能：5×5阵列在254 nm光照下成功捕获字母图案，光电流密度与光照强度呈线性关系，显示高均匀性（暗电流3.5-11.1 nA/cm²）和可重复性。

五、结论与价值
1. 科学价值：首次将PEC型Ga₂O₃探测器应用于太阳能盲区成像，证实核壳异质结设计可有效提升自供电器件性能。
2. 应用价值：为低成本、大面积太阳能盲区成像系统提供新思路，潜在应用包括光学通信、数字显示和传感领域。

六、研究亮点
1. 创新性方法：结合水热法与ALD技术，实现α-Ga₂O₃@a-Al₂O₃核壳结构的可控生长。
2. 性能突破：响应度（22.7 mA/W）和探测率（2.2×10¹¹ Jones）优于多数已报道的α-Ga₂O₃基PEC探测器。
3. 成像验证：首次展示PEC型探测器阵列的太阳能盲区成像能力，填补该领域研究空白。

七、其他亮点
- 稳定性：器件在1600秒连续测试中保持稳定光电流输出。
- 可扩展性：水热法与ALD工艺兼容大规模生产，为产业化奠定基础。