材料的价值在于生长优化后有效使用，器件的发展更不能离开半导体材料这一根基性的问题。宽禁带半导体Ga2O3由于其得天独厚的物理、化学特性，在诸多电子、光电子研究领域获得很高的重视。值得一提的是，其4.9 eV左右的禁带宽度使其有小于280 nm的截止波长，这使得利用Ga2O3制备的探测器能够实现极佳的波长选择性(也称抑制比)。唐为华教授团队立足Ga2O3的科研阵地，力求建立一个从材料到器件的多维度体系，其中融合多物理、多场以及多结构等动力学因素的调控与控制；研究工作获得国内外学术届的高度认可。其中，要满足器件对信息的大量采集和传输，制备相应的阵列型器件十分重要。这同时也对材料的品质和加工工艺等有着多重的严格要求。团队目前能够完成2/4/6英寸氧化镓外延薄膜的制备，2/3/4英寸单晶衬底的生长。而数据或者图片信息的采集与输运的准确度(还原度)在很大程度上依赖于阵列中像元的数量。近期，唐为华教授团队联合郭宇锋教授团队利用2英寸异质外延Ga2O3晶圆片，经过紫外光刻、剥离、蒸镀等微纳工艺制备256像素的Ga2O3阵列，首次报道了Ga2O3基晶圆级互联阵列日盲紫外通讯应用，是宽禁带半导体Ga2O3在光电集成应用领域的一项新进展。该项工作发表在AIP旗舰刊Applied Physics Letters上。被遴选为亮点文章，获得编辑推荐，并且被SCIlight报道。该工作创新性地完成了在处理更大信息量的基础上实现了基于高效的Ga2O3阵列的图形化通讯。论文第一作者为硕士生沈高辉，通讯作者为刘增副教授与唐为华教授。工作在与郭宇锋教授团队、香港科技大学Chee-Keong Tan教授与南京航空航天大学姜明明教授的密切合作下完成。
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Ga2O3日盲紫外阵列探测器的显著成效
对于大规模阵列而言，传感单元面积很重要，但阵列电极长度的影响也不可忽视。阵列规模的扩大，也就是阵列拥有更多的传感单元，紫外成像图案可以更加丰富。在前期工作的基础上[IEEE Electron Device Lett., 2023, 44(7), 1140-1143; Sci. China Technol. Sci., doi: 10.1007/s11431-022-2404-8; 物理学报,2022, 71(20), 208501; IEEE Trans. Electron Devices, 2021, 68(7), 3435-3438; IEEE Photonics Technol. Lett., 2018, 30(11), 993-996.]；深度探索各类因素为阵列综合性能的影响。该16×16阵列电极长度分为12组，每组长度都不一样，每组最大偏差约为12%，电极长度越短，光电流值也越小。因此为得到均匀性能的单元，控制单元面积和电极长度一致性是非常重要的。阵列器件除了进行紫外成像，也可应用于紫外通讯。测试流程如图所示，紫外光通过棱镜汇聚到阵列，通过光学斩波器控制照射时间，由半导体分析仪获得测试结果。通讯原理就是，通过控制电路将代表“1”的数字信号施加偏压，信号“0”则不加，通过读出电路获得瞬态光电流信号。利用Ga2O3对紫外光的响应实现光通讯功能。在微弱(辐照光强仅为3.5 μW/cm2)的条件下，该阵列仍有103显著的开关比。相比于分立器件，阵列器件可以极大减少信号传输所耗的时间，也可传递更清晰更准确的信息。
论文链接：Applied Physics Letters, 2023, 123(4), 041103. https://doi.org/10.1063/5.0161521.SCIlight
报道链接: Solar-blind UV communication based on sensitive β-Ga2O3 photoconductive detector arraySolar-blind UV photodetector array spotlights efficacy of gallium oxide | Scilight | AIP Publishing
（撰稿：刘增 编辑：刘国民 审核：蔡志匡）