近日，物理与电子工程学院宽禁带半导体材料与器件团队先后在《Small》、《Small Methods》、《Applied Surface Science》期刊上发表最新研究成果，其中发表在《Small》和《Small Methods》的两篇论文均被编辑邀请制作“Cover picture”（封面文章）。
团队研究生蒋佶利作为第一作者，李万俊教授为通讯作者，新莆京游戏大厅官方入口为唯一单位，在国际高水平期刊《Small》（JCR Q1，中科院分区物理类一区，IF=13）上发表题为“High-performance Broad-Spectrum UV Photodetectors with Uniform Response: Engineering β-Ga2O3:Si/GaN:Si Heterojunctions via Thermal Oxidation for Optoelectronic Logic gate and Multispectral Imaging”的最新研究成果。
随着现代光电子技术的飞速发展，高性能、全光谱响应的紫外光电探测器（PDs）在光谱分析、光电子逻辑门和多光谱成像等光电子应用中扮演着至关重要的角色。然而，传统硅基光电探测器存在响应不均匀、紫外辐射检测不足和高暗电流等问题，限制了它们在特定宽光谱检测领域的应用。为此，团队通过热氧化方法构建了n-n型β-Ga2O3:Si/GaN:Si异质结光电探测器，实现了从UVA到UVC的卓越宽带响应。提出了一个GaN:Si氧化的通道模型，包括空穴形成、涡旋结构发展、通道形成和晶粒生长四个阶段，为理解Ga2O3:Si/GaN:Si异质结形成提供了基础。通过热氧化实现的均匀Si掺杂降低了β-Ga2O3层的电阻率，增强了从底层GaN层收集光生载流子的能力，从而增强了宽带响应性能。这些器件在UVA到UVC范围内展现出卓越的均匀性和灵敏度。此外，基于宽谱器件还成功实现了254 nm和365 nm紫外光输入下的“或门”和“与门”逻辑操作，并在254、295和365 nm紫外光下产生了高对比度的单像素多光谱图像。
团队研究生罗江帅作为第一作者，李万俊教授为通讯作者，新莆京游戏大厅官方入口为唯一单位，在期刊《Small Methods》（JCR Q1，IF=10.7）上发表题为“Catalyst-Free Polymorphic β-Ga2O3 Nanomaterials for Solar-Blind Optoelectronic Devices: Applications in Imaging and Neural Communication”的研究论文。随着UV-C光电子技术的重要性日益提高，优化紫外光电器件性能并将其集成到图像传感和神经通信等前沿领域应用中已成为研究热点。为此，团队采用低成本封管技术和马弗炉煅烧的方式无催化合成多形态β-Ga2O3纳米材料(纳米线、纳米带、纳米片)，并研究了不同形态纳米材料的微观结构得出其“取向导向”的无催化合成机制。此外，基于β-Ga2O3纳米带制备的紫外光电探测器在日盲区域展现出卓越的光电性能，并将其应用于紫外成像系统中，实现了对“CNU”和“熊猫图案”的高效成像。β-Ga2O3纳米线所表现出的显著持续光电导现象也被用于人工光电突触器件的构筑，表现出良好紫外光感知能力以及可调节的突触行为，并实现了在模拟神经信号的无线光通信系统中的成功应用。
团队研究生谭桂英作为第一作者，张红博士、李万俊教授为共同通讯作者，新莆京游戏大厅官方入口为第一单位，在期刊《Applied Surface Science》（JCR Q1，IF=6.3）上发表题为“ZnO@NiO Core-Shell Heterojunction Photoanode Modified with NiOOH Co-catalyst for High-Performance Self-Powered Photoelectrochemical-type UV Photodetector”的研究成果。紫外（UV）光电探测器可将入射紫外线信号转换为电信号，在军事和经济领域发挥着重要作用。ZnO基光电化学（PEC）型紫外光电探测器，利用其独特的工作原理，将半导体物理与化学反应融为一体，展现出卓越的自供电能力、成本效益、简便的制造工艺以及环境可持续性。然而，由于电荷分离不足和表面反应动力学缓慢，在实现高效光电化学（PEC）型紫外光电探测器方面还面临着重大挑战。为此，团队提出了在ZnO纳米阵列中引入天然p型NiO过渡金属氧化物，形成具有II型能带排列的p-n异质结，然后通过光生载流子诱导NiO进行电化学重构，在纳米线表面形成修饰的NiOOH助催化剂。得益于异质结和助催化剂的协同效应，优化后的光阳极实现了438.36 mA/W的高响应度、4.85×1012 Jones的探测度和150.05/150.26 ms的快速响应时间，同时表现出长时间的稳定性。
据悉，李万俊教授带领的宽禁带半导体材料与器件团队将继续深入研究，探索更多创新技术和方法，为宽禁带半导体材料领域的发展贡献更多智慧和力量，同时也为学院学科建设和人才培养工作添砖加瓦。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/smll.202406447.
https://doi.org/10.1002/smtd.202401473.
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161579.
一审一校：李万俊，二审二校：赵和平，三审三校：杨云
