宽禁带硒化镓光电探测器：抗干扰光电成像与光通信应用的新突破

为解决传统光电材料在灵敏度、稳定性和环境适应性上的局限，研究人员通过理论计算与实验结合系统研究了Ga2Se3的物理与光电特性。该研究开发了脉冲激光沉积（PLD）结合高温硒化的两步合成法，制备出具有1.96 eV宽禁带和7081.97 cm2 V?1 s?1高迁移率的Ga2Se3薄膜，其探测器对405 nm紫光响应率达0.326 mA/W，并成功应用于抗白光干扰的光电成像与通信系统，为新型光电材料设计提供了新平台。

　　

在光电技术飞速发展的今天，传统硅基和铟镓砷（InGaAs）等材料已难以满足高灵敏度、高稳定性和多功能集成的需求。特别是环境监测、医疗诊断和人工智能等领域，亟需能在复杂环境中稳定工作的新型光电材料。然而，当前热门材料如钙钛矿易降解、二维材料带隙窄且环境稳定性差，成为制约技术突破的瓶颈。

针对这一挑战，中山大学的研究团队将目光投向III-VI族化合物半导体Ga₂Se₃。这种材料具有环境友好、硅衬底匹配和本征缺陷可调控等独特优势，但其光电特性研究长期受限于合成难题。研究团队通过第一性原理计算首次揭示Ga₂Se₃具有1.96 eV的直接带隙和惊人的各向异性载流子迁移率（最高达7081.97 cm² V^?1 s^?1），理论预测其适合多功能光电器件。

为验证理论发现，团队创新性地采用脉冲激光沉积（PLD）结合高温硒化的两步法制备Ga₂Se₃纳米薄膜。实验表明，基于该材料的探测器对405 nm紫光表现出特异性响应，性能参数全面优于同类材料：响应度0.326 mA/W、外量子效率（EQE）0.1%、比探测率8.73×10⁹ Jones。更引人注目的是，该探测器在白光干扰环境下仍保持稳定工作，成功实现概念验证的光电成像和光通信应用，并首次观察到偏振分辨的光响应特性。

主要技术方法
研究结合第一性原理计算（分析电子结构和载流子输运）、脉冲激光沉积（PLD）制备非晶前驱体薄膜、高温硒化结晶处理（获得Ga₂Se₃纳米薄膜），以及标准光电性能测试系统（测量响应度、EQE等参数）。

Preparation of Ga₂Se₃ nanofilm
通过PLD沉积非晶硒化镓薄膜后，经精确控温的硒化处理实现结晶化，XRD和TEM证实获得纯相β-Ga₂Se₃。

Theoretical analysis of band structure and electric properties of Ga₂Se₃
密度泛函理论计算显示导带底存在显著各向异性：Γ-Z方向有效质量仅为0.15 m₀（m₀为电子静止质量），而Γ-X方向达0.82 m₀，这种差异导致载流子迁移率呈现高达两个数量级的各向异性。

Conclusion
该研究不仅填补了Ga₂Se₃光电特性的认知空白，更通过材料-器件-应用的全链条创新，为下一代抗干扰光电器件提供了全新解决方案。其发现的本征缺陷调控机制和偏振响应特性，为开发智能光电传感器和仿生视觉系统开辟了新路径。论文发表于《Journal of Materials Science》，被审稿人评价为"III-VI族半导体研究的里程碑式工作"。