【会员论文】南京邮电大学---通过掺杂铟阳离子提高 α-Ga₂O₃ 纳米线阵列的光电化学性能，实现自供电紫外线检测

        由南京邮电大学的研究团队在学术期刊 Journal of Semiconductors 发布了一篇名为 Boosting photoelectrochemical performance on α-Ga₂O₃ nanowire arrays by indium cation doping for self-powered ultraviolet detection（通过掺杂铟阳离子提高 α-Ga₂O₃ 纳米线阵列的光电化学性能，实现自供电紫外线检测）的文章。

        该研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFB3610500）；国家自然科学基金（62104110，62374094）；中国博士后科学基金（2023T160332）以及南京邮电大学自然科学基金（NY224084，NY224131）的支持。

        由于紫外线（UV）探测器在环境监测、气体传感、医疗诊断和军事预警系统等方面有着广泛的应用，因此对其进行了大量的研究。在紫外线探测器中，固态紫外线探测器需要复杂的制造工艺和额外的驱动电压才能运行，而且其相对较慢的响应时间严重限制了其实际应用。另一方面，光电化学（PEC）紫外线探测器作为光伏器件正受到越来越多的关注，因为它们成本低、制造简单且具有出色的自供电能力。除了电荷载流子分离和传输的物理过程外，PEC 紫外线探测器还与界面化学反应有关，不同的电解质为性能调节提供了更多途径。因此，PEC 紫外线探测器特别适合水下光电设备。

        低功耗、高响应度和自供电是光电化学紫外探测器的关键目标。在这项研究中，通过水热法在氟掺杂氧化锡（FTO）基板上制备了 In 掺杂的 α-Ga₂O₃ 纳米线阵列，并进行了后续的热退火处理。这些阵列随后被用作光阳极来构建紫外光探测器。In 掺杂降低了 α-Ga₂O₃ 的带隙，增强了其对紫外光的吸收。因此，In 掺杂的 α-Ga₂O₃ 纳米线阵列表现出优异的光检测性能。当被 255 nm 深紫外光照射时，其响应度达到 38.85 mA/W。此外，探测器的响应时间和恢复时间分别为 13 ms 和 8 ms。In 掺杂的 α-Ga₂O₃ 纳米线阵列的响应度比未掺杂的约高三倍。由于其出色的响应度，In 掺杂器件被用于开发光电成像系统。这项研究证明，通过 In 掺杂优化 α-Ga₂O₃ 纳米线的光电化学性能是一种有效的方法，这在光电子应用中也具有巨大的潜力。

        研究人员通过一种简单且成本低廉的水热法在 FTO 衬底上制备了掺 In 的 α-Ga₂O₃ 纳米线阵列，并进行了退火处理。随后，利用这些纳米线阵列制备了自供电型紫外光探测器。验证结果表明，在 FTO 衬底上生长的掺 In α-Ga₂O₃ 纳米线阵列具有出色的光电探测性能，峰值响应度约为 38.85 mA/W。与未掺杂器件相比，掺 In 器件的峰值响应度提高了约三倍，响应速度也更快。此外，这种自供电型紫外光探测器的出色性能使得光电成像系统的开发成为可能。研究揭示了掺入 In 是调节 α-Ga₂O₃ 纳米线光电化学性能的有效方法，在光电器件中具有重要的应用潜力。

图 1.（a）掺 In α-Ga₂O₃ 纳米线阵列的制备过程示意图。（b）掺 In α-Ga₂O₃ 光阳极的光电化学工作机理图示。

图 2. （a）掺 In α-Ga₂O₃ 样品的 X 射线衍射（XRD）图谱。（b）掺 In α-Ga₂O₃ 样品的紫外 - 可见吸收光谱。

DOI：

doi.org/10.1088/1674-4926/25020024