β-Ga₂O₃材料因具有超寬禁帶寬度(~4.9eV)、高擊穿電場(chǎng)(~9 MV/cm)、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及對(duì)紫外光的高吸收系數(shù)等特點(diǎn)，被認(rèn)為是深紫外光電探測(cè)器應(yīng)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(bào)道的β-Ga₂O₃基紫外光電探測(cè)器通常都制備在硬性襯底上，不具有機(jī)械柔韌性，這極大地限制了β-Ga₂O₃紫外探測(cè)器在透明、可穿戴和可折疊等新興電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。

近日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院盧紅亮教授團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了超靈敏的深紫外光探測(cè)率，填補(bǔ)了β-Ga₂O₃基柔性深紫外探測(cè)領(lǐng)域的空白。相關(guān)工作以“High responsivity and flexible deep-UV phototransistor based on Ta-doped β-Ga₂O₃”為題發(fā)表于npj Flexible Electronics雜志上，微電子學(xué)院教授盧紅亮、張衛(wèi)，研究員楊迎國(guó)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(yōu)化的光浮區(qū)方法生長(zhǎng)的高質(zhì)量Ta摻雜β-Ga₂O₃單晶溝道材料，通過(guò)特殊退火工藝，在較低熱預(yù)算的工藝窗口下，實(shí)現(xiàn)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(yīng)度，5.68×10¹⁴Jones的高比檢測(cè)度，1.10×10¹⁰%的高光暗電流比值，6.60×10⁸%的高外量子效率和~3.5ms超短響應(yīng)時(shí)間。此外，該器件顯示出出色的可靠性和機(jī)械柔韌性，可以承受高達(dá)10⁴次以上的0°彎曲循環(huán)。由于該器件展現(xiàn)出的優(yōu)異光電、機(jī)械特性，團(tuán)隊(duì)將制備的器件與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，驗(yàn)證了其超出人眼探測(cè)范圍的圖像識(shí)別能力，這為仿生機(jī)器人的紫外視覺(jué)應(yīng)用帶來(lái)了提升的可能性。這些研究結(jié)果表明，高性能全柔性Ta摻雜β-Ga₂O₃紫外光電晶體管在未來(lái)可穿戴光電、紫外成像和人工智能等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

此項(xiàng)研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金的資助以及專(zhuān)用集成電路與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。