1 工作简介

         ——通过能带工程实现高灵敏度和快速响应的日盲紫外光电探测器

日盲紫外（波段200-280 nm）探测在导弹预警、电晕放电监测、生化传感及保密通讯等领域具有不可替代的战略价值。然而，传统日盲探测器长期面临响应度与响应速度难以兼顾的瓶颈：高增益结构通常伴随载流子寿命延长，导致响应迟滞；而高速器件又往往牺牲灵敏度。此外，现有焦平面阵列受限于材料缺陷密度高、制造成本大，且难以实现动态目标的实时成像。因此，发展兼顾高灵敏度、微秒级响应、自驱动能力并支持动态成像的新一代日盲探测技术，是国际光电领域的重大挑战。

东北师范大学研究团队通过极化策略与能带工程协同设计，成功研制出一种基于Ga2O3/AlN/AlGaN:Si异质结的自驱动日盲紫外光电探测器，并首次实现了单器件级别的日盲波段动态目标实时成像与追踪。主要创新与突破包括：

1. 利用N极性AlN/AlGaN:Si势垒中的极化场，构建空穴势阱，在无需外加偏压条件下同时实现高响应度（0.73 A/W）和快响应速度（56 µs衰减时间）；

2. 将该探测器与数字微镜器件（DMD）结合，采用哈达玛编制调制光场，构建单向素成像系统，成功实现256 × 256像素的静态图像重建和动态目标捕捉；

3. 该系统是目前国际上首个仅用单个日盲探测器即完成动态成像的工作，克服了传统焦平面阵列因材料缺陷和工艺复杂性导致的性能限制，为日盲成像开辟了新路径。

该系统可用于导弹尾焰、火箭发射等日盲特征信号的远距离、抗干扰、低功率实时监控与轨迹预测；可实现高压输变电设备电晕放电的在线巡检与故障预警；对臭氧层变化、特定污染物荧光特征进行高灵敏探测。

该单向素架构可拓展至其它波段（如真空紫外、太赫兹），结合人工智能算法，有望发展为轻量化、低功耗、抗辐照的新一代智能感知平台，服务于空天探测、无人系统与边缘计算等前沿领域。

该研究工作以题为“High-sensitivity and fast-response solar-blind photodetectors via band offset engineering for motion tracking”发表于Nature Communications（2025年，第16卷，8175号）期刊。文章第一作者为东北师范大学王宏彬博士后，通讯作者为东北师范大学李鹏副教授、马剑钢教授、徐海阳教授。该工作得到了国家自然科学基金杰出青年资助项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、吉林省科技厅等项目的支持。

2 主要作者简介

第一作者

王宏彬，东北师范大学物理学院博士后。

研究方向为宽禁带半导体光电探测器件，主要从事Ga2O3材料的制备及其光电探测器件的研究和开发工作。针对Ga2O3探测器中高响应度与快响应速度难以兼顾的问题，通过引入局域场来调制异质界面处光生载流子的分离、传输和复合行为，优化和提高了Ga2O3日盲紫外探测器的性能。相关结果以第一作者身份发表于Nat. Commun、IEEE EDL等期刊，申请发明专利3项。主持国自然青年基金、中国博士后基金、吉林省基金等课题。

通讯作者

李鹏，东北师范大学副教授。

主要从事宽带隙氧化物、氮化物半导体薄膜光电性质及器件相关研究工作。在材料的物性研究及其在薄膜晶体管、光电探测与成像应用等方面开展了一系列有特色的研究工作。相关结果以第一作者或通讯作者身份发表于Nat. Commun.、Adv. Mater.、Light等期刊，授权国家发明专利5项。主持国家科技计划项目子课题，国家自然科学基金青年项目，吉林省科技厅面上项目，吉林省教育厅项目等多个课题。

通讯作者

马剑钢，吉林省长白山人才工程“科技领军人才”，东北师范大学教授，全国近代物理研究会常务理事、吉林省物理学会和吉林省兵工学会理事。

主要从事宽禁带半导体材料和光电器件的研究工作，围绕宽禁带氧化物半导体材料生长与物性调控、光电探测器结构设计与载流子调控、掺杂氧化物粉体材料应用领域的关键科学与技术问题开展了系统研究。先后承担了国家重点研发计划课题、国防科工局进口替代专项课题等重大科研任务。发表SCI论文100余篇，申请/授权发明专利10项。

通讯作者

徐海阳，国家杰青、优青，东北师范大学教授，集成光电子全国重点实验室副主任，教育部科学技术委员会（材料学部）委员、吉林省科协兼职副主席、中国真空学会电子材料与器件专业委员会副主任委员，期刊《InfoScience》、《发光学报》副主编。

主要从事半导体信息功能材料、器件及相关物理问题研究。近年来，在等离激元型和电荷捕获型光电忆阻材料设计、类视网膜视觉器件及系统构筑方面取得了系列研究成果。在Nat.Commun.、Adv. Mater.、ACS Nano、Light Sci. Appl.、IEEE EDL等重要期刊发表SCI论文100余篇，申请/授权发明专利10项。先后主持来自国家基金委、教育部、吉林省等重要课题10余项；相关成果获得2019年度和 2015年度“国家自然科学奖二等奖”(排名：第2和第3位)， 2024 年度吉林省自然科学奖一等奖 (排名：第1位)。

3 原文传递

https://www.nature.com/articles/s41467-025-63683-w