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β-Ga2O3材料因具有超寬禁帶寬度（~4.9eV）、高擊穿電場（~9 MV/cm）、優異的熱穩定性以及對紫外光的高吸收系數等特點，被認為是深紫外光電探測器應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域中的應用。
近日，復旦大學微電子學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域的空白。
相關工作以“High responsivity and flexible deep-UV phototransistor based on Ta-doped β-Ga2O3”為題發表于npj Flexible Electronics雜志上，微電子學院教授盧紅亮、張衛，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化的光浮區方法生長的高質量Ta摻雜β-Ga2O3單晶溝道材料，通過特殊退火工藝，在較低熱預算的工藝窗口下，實現了在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104次以上的0°彎曲循環。由于該器件展現出的優異光電、機械特性，團隊將制備的器件與人工神經網絡結合，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用帶來了提升的可能性。
這些研究結果表明，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域具有巨大的應用潛力。此項研究得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市自然科學基金的資助以及專用集成電路與系統國家重點實驗室的支持。
圖1：制備的β-Ga2O3晶體管微結構及其電學特性
圖2： 制備的β-Ga2O3光電晶體管在激發波長為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和穩定特性
圖4：基于制備的β-Ga2O3光電晶體管的人工神經網絡仿真
來源：復旦大學
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