图1. 本研究工作的TOC图。该工作成功制备了PCDTBT/Ga2O3异质结日盲紫外光电探测器，该光电探测器集成了光电晶体管和自供电两种工作模式，且其在所有模式下对日盲紫外光都表现出优异的响应特性，为Ga2O3光电探测器的进一步应用提供了创新性的策略。

Ga2O3基日盲紫外光电探测器近年来因其众多优点而受到广泛关注。但PVD法制备的非晶Ga2O3器件仍面临着暗电流高和对日盲光响应不足等问题。同时大部分日盲光电探测器仍需外部激励来驱动，在增大芯片面积的同时还将产生能量损耗，不利于未来大规模应用和恶劣环境下的使用。因此，开发能够集成多功能的光电探测器成为Ga2O3基日盲紫外光电探测器研究中的一个新的应用需求。近日，西安电子科技大学常晶晶教授研究团队提出采用p型半导体PCDTBT来调控非晶Ga2O3基日盲紫外光电探测器，使其暗电流进一步降低，有效提升日盲紫外光响应特性，同时该光电探测器还具有自驱动功能。作者深入地揭示了其中的内在机理，该工作为实现多功能型Ga2O3基光电探测器提供一条新的途径。

研究人员探究了日盲紫外光照射条件下PCDTBT对Ga2O3光电探测器的性能调控作用。结果表明，添加PCDTBT的Ga2O3光电探测器相较于标准Ga2O3光电探测器对日盲紫外光的响应有着明显的增强。通过对不同光照强度下光输出电流拟合曲线相关参数提取后分析发现，p型PCDTBT与n型Ga2O3形成了高质量的异质结，这是异质结光电探测器表现出高性能的原因之一。基于PCDTBT/Ga2O3异质结的光电探测器在光照强度为11 μW/cm2时其响应度可达187 A/W，探测率为 1.3×1016 Jones，外量子效率为 9.1×104 %，为所加光照强度下探测器所表现的最佳性能，该器件性能刷新了非晶Ga2O3光电探测器的国际指标。作者还对其进行了动态响应测试，在不同外加偏压和不同光照强度条件下，每个周期内的光输出电流保持恒定。同时，该异质结光电器件放置3个月后再对其进行光电性能表征，结果发现其对日盲紫外光的响应性能变化不大，证明了该异质结日盲紫外光电探测器能够实现高性能弱光探测的同时，还具有良好的稳定性与可靠性。

图2. 光电晶体管模式下PCDTBT/Ga2O3异质结光电探测器静态特性表征。(A) 255nm紫外光不同光强照射下PCDTBT/Ga2O3基光电探测器的转移特性曲线。(B)输出光电流作为光强的函数拟合曲线。(C)含PCDTBT的Ga2O3基光电探测器在不同波长条件下的响应度。(D) 255nm光照下PCDTBT/Ga2O3异质结光电探测器的响应度和光暗电流比随光强的变化关系。(E) 255nm光照下PCDTBT/Ga2O3异质结光电探测器的光探测率和外量子效率随光强的变化关系。(F)在11 μW/cm2光强下，加PCDTBT和不加PCDTBT的Ga2O3基光电探测器的光电响应参数(R、D*和EQE)汇总。

p型PCDTBT与n型Ga2O3会形成pn结，其内建电场会对光照条件下产生的电子-空穴对进行分离并驱动，基于该结构的光电探测器具有在不需要外加偏压条件下正常工作的潜力，即其具有自驱动功能。基于此，对上述制备的PCDTBT/Ga2O3异质结光电探测器进行了自驱动模式下的表征，结果表明，该光电探测器具有优异的自驱动功能。在该模式下对日盲紫外光具有优异的响应特性，其响应度为57.5 mA/W，领先于当今国际上制备的非晶氧化镓自驱动探测器的最高性能指标。作者利用开尔文探针力显微镜（KPFM）的表征结果结合相关文献对其内在机理进行详细解释。结果表明，PCDTBT与Ga2O3之间存在表面电位的差异，这可以间接验证异质结之间的电荷转移行为。当PCDTBT与Ga2O3接触时，在PCDTBT/Ga2O3的界面处会发生能带弯曲形成II型异质结，在界面处产生内建电场。在黑暗条件下，载流子的扩散和漂移暂时处于热平衡状态。而当日盲紫外光照射条件下，Ga2O3的电子从价带跃迁至导带从而产生光生电子-空穴对。由于内建电场的作用，该电子-空穴对被分离并分别向两侧移动。界面处的电子被驱动向Ga2O3薄膜一侧并输运，空穴流向PCDTBT薄膜一侧并输运，最终被电极所收集形成光输出电流。同时，作者也对该异质结光电器件放置3个月后进行自驱动模式下的光电性能表征，结果发现响应性能变化不大，进而验证了自驱动模式下的稳定性。