综述：基于氧化镓的先进日盲和X射线光电探测器

这篇综述系统总结了宽禁带半导体Ga2O3在紫外(UV)和X射线探测领域的最新进展，重点分析了不同器件结构（MSM、p-n结、雪崩、光电晶体管）的性能参数（响应度R、比探测率D*、灵敏度）及其增益机制，指出光电晶体管和雪崩器件可实现107 A W?1的高响应度，而Ga2O3异质结X射线探测器灵敏度达109 μC Gyair?1 cm?2，为辐射探测提供了新材料范式。

　　

材料特性与探测原理

作为超宽禁带(4.6-5.3 eV)半导体，Ga₂O₃的截止波长(234-270 nm)完美匹配日盲紫外波段(200-280 nm)。其高密度(6.44 g cm^?3)和强X射线衰减能力使其对硬X射线的吸收效率比SiC、金刚石等材料高出一个数量级。材料本征的氧空位缺陷虽导致n型导电性，但通过氟等离子体表面钝化或氮/镁掺杂可显著降低暗电流至pA级。

器件结构与性能突破

金属-半导体-金属(MSM)探测器：采用AgNW网络电极的β-Ga₂O₃肖特基结器件在254 nm光照下实现14.7 mA W^?1响应度，响应时间快至20 μs。ε相Ga₂O₃因六方晶格匹配氮化物衬底，其MSM阵列的探测率高达1.2×10¹⁵ Jones。

异质结光伏器件：p型CuMO₂(M=Ga,Cr)/Ga₂O₃结构通过能带裁剪实现自供电运行，开路电压达0.8 V。有机空穴传输材料TAPC与Ga₂O₃形成的界面使光电流开关比提升至5.9×10⁵。

雪崩探测器：SiO₂/Ga₂O₃金属-氧化物-半导体(MOS)结构在-200 V偏压下产生3.9×10³ A W^?1的超高增益，源于耗尽区碰撞电离效应。独特的β-Ga₂O₃/SiO₂/SiC异质结通过界面调控隧穿效应，实现双向整流特性与8.8×10⁶开关比。

X射线探测新机制

冷阴极设计利用电子束诱导初级电流(EBIPC)效应，在真空屏障中分三阶段增强信号：光电效应(低偏压)→光电导增益(中偏压)→次级电子倍增(高偏压)。Ga₂O₃衍生物探测器对100 keV X射线的灵敏度达10⁹ μC Gy_air^?1 cm^?2，其辐射硬度经1.6 MGray伽马辐照后仍保持阈值电压稳定。

挑战与展望

当前性能瓶颈在于p型掺杂效率低与深能级陷阱导致的持续光电导(PPC)效应。未来方向包括：① 通过Al₂O₃钝化降低界面态密度；② 开发Mg/N共掺杂工艺调控载流子浓度；③ 利用铁电材料HfZrO₂的极化场增强电荷分离效率。这些进展将推动Ga₂O₃探测器在导弹预警、医学成像等领域的实用化进程。