近日，我校物理学院、集成光电子全国重点实验室的马剑钢教授、李鹏副教授团队在紫外光探测与成像领域取得重要研究进展。日盲紫外探测技术（200‒280 nm）在导弹预警、火灾监测等领域具有重要应用。研究团队围绕提升探测器核心性能（响应度、探测率、响应速度）和探索新型应用（单像素成像、生物视觉模拟），在氧化镓（Ga2O3）基日盲紫外光探测与成像领域取得一系列原创性研究成果，相关成果连续发表在Nature Communications、IEEE Electron Device Letters等国际知名期刊上。

图1. 日盲紫外单像素成像系统及其对静止和运动物体的成像

研究团队设计了基于Ga2O3/AlN/AlGaN:Si异质结的日盲紫外光电探测器，利用N极性AlN/AlGaN:Si界面的自发极化场加速光生载流子分离和传输。该探测器在245 nm光照和零偏压下，实现了高响应度（0.73 A/W）、高比探测率（＞1011 Jones）与快响应速度（上升时间~60 ns，下降时间~56 μs）的优异结合。团队与物理学院周成老师开展交叉合作，共同搭建了一套日盲紫外单像素成像系统，通过器件-算法协同优化，成功实现了对静态和动态目标的清晰捕捉与实时成像演示。相关成果以“High-sensitivity and fast-response solar-blind photodetectors via band offset engineering for motion tracking”为题，发表在国际期刊Nature Communications上。我校物理学院博士后王宏彬为论文的第一作者，李鹏副教授、马剑钢教授和徐海阳教授为共同通讯作者。

图2. 铁电-压电效应耦合调控光电探测器性能

研究团队设计了基于Ga2O3/ZnO:V异质结的自供电日盲紫外探测器，利用压电效应和铁电极化协同增强了异质界面处的内建电场强度和光生载流子分离效率。该探测器在260 nm光照和零偏压下，响应度提升至64.5 mA/W、比探测率达到3.8×1010 Jones、上升/下降时间为1.9 µs/45.2 µs。相关成果以“Enhanced Performance of Self-Powered Ga2O3/ZnO:V Heterojunction Solar-Blind Ultraviolet Photodetectors by Coupling Ferroelectricity and Piezoelectricity”为题，发表在国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。我校物理学院王宏彬博士后为论文的第一作者，李鹏副教授和马剑钢教授为共同通讯作者。

图3. 压电调控突触可塑性及心电图模式识别功能

研究团队还利用非晶氧化镓（a-Ga2O3）的持续光电导现象和ZnO的压电效应，构建了柔性a-Ga2O3/ZnO异质结光电突触器件。应变诱导的压电极化场调控了异质界面处的能带弯曲和载流子动力学。在-0.57%压缩应变下，突触权重提升了22%（从1076.3%变化到1310.2%）。利用该器件，研究团队实现了对心电图（ECG）模式的识别，识别准确率在应变调控下提升至83.5%。相关成果以“Ga2O3-Based Optoelectronic Synapse With Piezo/Photo-Gated Modulation for Multimodal Perception”为题，发表在国际期刊IEEE Electron Device Letters上。我校物理学院王宏彬博士后为论文的第一作者，李鹏副教授和马剑钢教授为共同通讯作者。

以上研究成果得到国家自然科学基金重点研发计划、面上项目、青年基金项目、吉林省科技厅基金等大力支持。

相关论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-63683-w

https://doi.org/10.1021/acsami.4c04747

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11087229