快速灵敏的高能光子探测器的新型设计

中国科学院中国科学技术大学龙世兵教授团队在多晶富GaOx肖特基光电二极管基础上，提出了一种将界面热释电效应与光电导效应耦合起来，实现高灵敏度、响应速度快的高能光子探测器的新策略。

高能光子探测器(从深紫外(DUV)到X射线)对于国家安全、医学、工业科学等各个领域都至关重要。然而，目前的半导体材料如Si和α-Se存在漏电流大、X射线吸收系数低的问题，难以满足高性能检测的要求。

相比之下，宽带隙半导体GaO在高能光子探测方面表现出了巨大的潜力，但由于GaO不可避免地存在深能级陷阱，且缺乏有效的器件结构设计，使得基于WBG半导体实现高灵敏度、高响应速度的高能光子探测器极具挑战性。

针对这些挑战，龙世兵教授团队首次设计了一种基于PGR-GaO x的热释电光电导二极管(PPD)，通过将界面热释电效应与光电导效应耦合，探测性能得到显著提升。

该探测器对深紫外和X射线均表现出较高的灵敏度，响应度分别达到10 4 AW -1和10 5 μC Gy air -1 cm -2 ，比之前同类材料制成的探测器提高了100多倍。此外，PGR-GaO x耗尽区极性对称引起的界面热电效应可使探测器的响应速度大大提高10 5倍，达到0.1 ms。

与传统光电二极管相比，自供电模式下的 PPD 在光切换时由于热电场的作用产生更高的增益。此外，PPD 可以在偏置模式下工作，其中增益高度依赖于偏置电压。通过增加偏置电压可以实现超高增益。

PPD在低能耗、高灵敏度的成像增强系统中有着巨大的应用潜力。该工作不仅证明了GaO x是一种极具前景的高能光子探测器材料，而且为实现高性能高能光子探测器提供了新策略。

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