【国际论文】用于从UV-C到 NIR 增强型宽谱探测的等离子体金纳米粒子功能化超柔性氧化镓光探测器

        由印度科学与创新研究院(AcSIR)的研究团队在学术期刊 Materials Research Bulletin 发布了一篇名为Plasmonic Au-nanoparticles functionalized ultra-flexible Ga₂O₃ photodetector for enhanced broadband detection from UV-C to NIR on a paper substrate（用于从UV-C到 NIR 增强型宽谱探测的等离子体金纳米粒子功能化超柔性氧化镓光探测器）的文章。

        光电探测器（PD）在将光信号转换为电信号方面发挥着关键作用，其应用领域广泛，包括环境监测、生物医学诊断、安全系统及通信系统等。随着可穿戴电子设备和物联网（IoT）的快速发展，对能够集成到非传统平台（如纺织品、可穿戴设备及便携式设备）中的柔性光电探测器的需求日益迫切。与此同时，对能源效率和可持续技术的日益增长的需求，促使人们对利用入射光能量工作的自供电光电探测器产生兴趣。此类设备还具有功耗低、设计简化及便携性提升等优势。与传统柔性衬底（如聚酯薄膜或聚酰亚胺）相比，基于纸张的衬底因其生物降解性、柔韧性和轻量化特性，已成为光检测器件的潜在平台。

        随着可穿戴电子设备、物联网（IoT）传感器、环境监测和生物医学诊断等领域需求的不断增长，对超柔性、自供电、宽带光电探测器（具有高灵敏度和快速响应）的需求也日益增加。传统光探测器通常存在光谱响应不足和灵敏度较低的问题，这限制了其在实际应用中的效率。为克服这些局限性，研究团队开发了基于 Ga₂O₃ 的超柔性光探测器，并在纸基底上集成了等离子体金纳米颗粒（Au-NPs）。通过等离子体表面等离子体共振增强光吸收，将检测范围从紫外线 C（UV-C）扩展至近红外（NIR）。原始器件在 266 nm 波长下展现出 20.96 mA/W 的响应度，而 Au-NP 功能化器件则达到 38.86 mA/W，这得益于高效的热载流子生成和改进的电荷转移，实现了约 185% 的提升。该器件在 266 nm、532 nm 和 1064 nm 波长下的最大检测灵敏度值分别为 1.92×10¹⁰ Jones、3.69×10⁹ Jones 和 1.74×10⁹ Jones。此外，在施加 5 V 偏压时，该器件在 266 nm 波长下达到最大响应度 7357 mA/W，在 532 nm 波长下达到 163 mA/W，在 1064 nm 波长下达到 6.31 mA/W。该技术为开发基于纳米等离子体增强的柔性自供电光探测器提供了途径，这些探测器可为下一代可穿戴光电子设备提供高性能解决方案。

        ● 开发了基于 Ga₂O₃ 的超柔性光探测器，其表面涂覆有等离子体金纳米颗粒（Au-NPs）的纸基底。

        ● 等离子体 Au-NPs 增强光吸收能力，将检测范围从紫外线 C（UV-C）扩展至近红外（NIR）。

        ● 响应度提升约 185%，在 266 nm 波长下实现 38.86 mA/W 的响应度，并在紫外线、可见光和近红外波段（0 V 偏压）下均表现出高检测灵敏度。

        ● 在 5 V 偏压下，该器件在 266 nm 波长下达到最大响应度 7357 mA/W，532 nm 波长下为 163 mA/W，1064 nm 波长下为 6.31 mA/W。

图1. 设备制造过程的步骤示意图。

图2. (a) 发光光谱（PL），(b) 场发射扫描电子显微镜（FESEM）图像，以及 (c) 器件的光谱响应。

DOI：

doi.org/10.1016/j.materresbull.2025.113645