β-Ga2O3材料因具有超寬禁帶寬度（~4.9eV）、高擊穿電場（~9 MV/cm）、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及對紫外光的高吸收系數(shù)等特點，被認(rèn)為是深紫外光電探測器應(yīng)用的最佳候選材料之一。

然而受到β-Ga2O3基器件工藝的限制，目前已報道的β-Ga2O3基紫外光電探測器通常都制備在硬性襯底上，不具有機械柔韌性，這極大地限制了β-Ga2O3紫外探測器在透明、可穿戴和可折疊等新興電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。

近日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院盧紅亮教授團隊首次在聚酰亞胺（PI）基板上制備了全柔性的高性能β-Ga2O3光電晶體管，實現(xiàn)了超靈敏的深紫外光探測率，填補了β-Ga2O3基柔性深紫外探測領(lǐng)域的空白。

相關(guān)工作以“High responsivity and flexible deep-UV phototransistor based on Ta-doped β-Ga2O3”為題發(fā)表于npj Flexible Electronics雜志上，微電子學(xué)院教授盧紅亮、張衛(wèi)，研究員楊迎國為通訊作者，博士研究生李曉茜為第一作者。

該光電晶體管基于優(yōu)化的光浮區(qū)方法生長的高質(zhì)量Ta摻雜β-Ga2O3單晶溝道材料，通過特殊退火工藝，在較低熱預(yù)算的工藝窗口下，實現(xiàn)了在PI襯底上的全柔性可控制備。

該器件具有1.32×106A/W的高響應(yīng)度，5.68×1014Jones的高比檢測度，1.10×1010%的高光暗電流比值，6.60×108%的高外量子效和~3.5ms超短響應(yīng)時間。

此外，該器件顯示出出色的可靠性和機械柔韌性，可以承受高達(dá)104次以上的0°彎曲循環(huán)。由于該器件展現(xiàn)出的優(yōu)異光電、機械特性，團隊將制備的器件與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，驗證了其超出人眼探測范圍的圖像識別能力，這為仿生機器人的紫外視覺應(yīng)用帶來了提升的可能性。

這些研究結(jié)果表明，高性能全柔性Ta摻雜β-Ga2O3紫外光電晶體管在未來可穿戴光電、紫外成像和人工智能等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。此項研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金的資助以及專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室的支持。

圖1：制備的β-Ga2O3晶體管微結(jié)構(gòu)及其電學(xué)特性

圖2： 制備的β-Ga2O3光電晶體管在激發(fā)波長為250nm條件下的光電特性

圖3： 制備的β-Ga2O3光電晶體管的時間響應(yīng)和穩(wěn)定特性

圖4：基于制備的β-Ga2O3光電晶體管的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真

來源：復(fù)旦大學(xué)

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