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本研究的主要作者包括Qin-zhi Zhao、Yun Wei、Peng Wan、Kai Tang、Shu-lin Sha、Wen-jie Li、Cai-xia Kan、Da-ning Shi和Ming-ming Jiang。他们来自南京航空航天大学物理学院，隶属于工业和信息化部航空航天信息材料与物理重点实验室以及智能纳米材料与器件重点实验室。该研究发表于《IEEE Sensors Journal》第24卷第13期，发表日期为2024年7月1日。
该研究的主要科学领域是光电探测器（Photodetector, PD），特别是自供电的日盲紫外（Solar-blind Ultraviolet, UV）光电探测器。日盲紫外光电探测器在医学成像诊断、军事监控、先进制造等领域具有重要应用价值。传统的紫外光电探测器通常需要外部电源来实现光生载流子的分离，这不仅增加了成本和能耗，还提高了系统集成的复杂性。因此，开发无需外部电源的低维Ga₂O₃（氧化镓）基光电探测器成为研究热点。本研究旨在通过构建基于Ga₂O₃微线（Microwire, MW）/GaN（氮化镓）p-n异质结的高性能自供电日盲紫外光电探测器，探索其在光电通信中的应用潜力。
研究流程主要包括以下几个步骤：
Ga₂O₃微线的生长
使用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）方法在高温管式炉中合成Ga₂O₃微线。具体步骤包括：将高纯度Ga₂O₃和碳粉按质量比2:3混合作为前驱体材料，置于刚玉舟中，并在混合物上方放置干净的硅衬底。在1200°C下通入氩气作为保护气体，随后引入氧气作为反应气体，最终自然冷却至室温。
光电探测器的构建
通过以下步骤构建Gr/Ga₂O₃/GaN异质结器件：
分析方法
使用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和微区光谱仪对样品进行形貌、元素分布、晶体结构和光学特性的表征。光电性能测试系统包括氙灯、单色仪、斩波器、信号发生器、源表和皮安计。
Ga₂O₃微线的表征
SEM图像显示Ga₂O₃微线具有矩形截面，表面光滑均匀，宽度约为25微米。EDS分析表明微线主要由Ga和O元素组成。HRTEM和XRD分析证实了Ga₂O₃微线的单晶性质，其晶格间距为0.47 nm，对应于单斜相Ga₂O₃的（201）晶面。
光电探测器的性能
在265 nm光照下，器件表现出优异的光伏特性，开路电压为1.95 V，响应度为108.7 mA/W，比探测率为4.2 × 10¹² Jones，外量子效率为51.0%。器件的响应速度极快，上升/恢复时间分别为88.2/85微秒，响应带宽为3.5 kHz。
光电通信应用
通过将器件用作光学数据接收器，成功实现了基于日盲紫外光的通信系统。实验表明，器件能够准确接收并解码“UVC”ASCII码信号，并成功传输了739 × 346像素的灰度图像，展示了其在光电通信中的潜力。
本研究成功开发了一种基于Ga₂O₃微线/GaN p-n异质结的高性能自供电日盲紫外光电探测器。该器件具有高灵敏度、快速响应速度和优异的光伏特性，能够在无外部电源的情况下高效检测日盲紫外光信号。通过合理设计器件结构和低成本制造工艺，本研究为开发高性能低维Ga₂O₃基日盲紫外光电探测器提供了重要参考。
本研究还探讨了Ga₂O₃/GaN异质结的能带结构，揭示了其在无外部电源下实现高效光生载流子分离的机制。此外，通过优化器件结构和材料选择，本研究为未来开发更高效、更稳定的自供电光电探测器提供了重要思路。