近日，我院材料物理研究所金刚石光电材料与器件团队在氧化镓基日盲位置敏感探测器方面取得进展，相关结果以“Ga₂O₃-Based Solar-Blind Position-Sensitive Detector for Noncontact Measurement and Optoelectronic Demodulation”为题，发表在国际知名期刊《Nano Letters》上。论文第一作者为我院博士研究生陈彦成，通讯作者为我院青年教师杨珣副教授和单崇新教授。

图1.氧化镓日盲PSD的示意图和工作机理

位置敏感探测器（Position-Sensitive Detector，PSD）是一种非接触式的光电定位传感器，被广泛用于工业生产、军事和科学研究等领域。PSD的物理机制是非均匀照射下半导体的横向光电效应，具有光敏面连续、无盲区、后续信号处理电路简单等优势，在精密测距、准确定位方面备受青睐。目前工作在可见光和红外光波段的PSD已广为研究，而工作于日盲波段的PSD可以有效避免自然光的干扰，具有高信噪比和高测试精度，在定位、测距等领域具有独特优势，然而日盲PSD的制备和应用仍有待开发。氧化镓（Ga₂O₃）的禁带宽度为4.9 eV，响应光谱覆盖大部分日盲波段，还具有化学和热稳定性好、易于大面积制备、击穿电场强度高等优点，因此是制备日盲光电器件的理想材料。

图2.日盲PSD的位置敏感特性

鉴于此，我院研究人员通过构建石墨烯/Ga₂O₃肖特基结制备了高性能的日盲PSD，同时为了保证光吸收效率，利用多光束干涉在厚度只有25纳米的Ga₂O₃薄膜中实现了高光吸收效率。超薄Ga₂O₃有助于降低光生载流子被俘获的几率，也提高了器件的响应速度。石墨烯/Ga₂O₃结在零偏压下具有48.5 mA/W的响应度和0.8/99.8μs的上升/衰减时间。当日盲光非均匀照射到PSD表面时，光斑的位置信息可以通过器件的输出信号来确定。此外，作者利用该器件作为非接触式测试系统的传感器，演示了其在角度、位移和光轨迹测量中的应用，并且将其作为光电解调器应用于光通信。该研究为研制高性能的日盲PSD提供了新的思路，并展望了其在精密测量、跟踪、通信等方面的应用前景。

图3.将日盲PSD用于角度、位移和光轨迹测量

图4.将日盲PSD用于光电解调

该工作得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金和等离子体物理重点实验室等的资助。

文章信息：Ga2O3-Based Solar-Blind Position-Sensitive Detector for Noncontact Measurement and Optoelectronic Demodulation(Nano Lett., 2022, DOI:10.1021/acs.nanolett.2c01322)

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c01322