近日，我院徐海阳教授团队在超宽禁带半导体材料制备及日盲探测方向取得重要突破。团队聚焦低维超宽禁带氧化镓材料体系，针对低维氧化镓材料制备工艺复杂、日盲探测信号单一等关键难题，提出了基于液态金属的二维氧化镓制备和转移策略，系统地揭示了低维单晶氧化物薄膜的生长机理，展示了氧化镓材料体系在多维日盲探测领域的应用潜力。该系列研究不仅为宽禁带氧化物的合成方案提供了技术参考，也为高性能、多功能集成光电器件的开发提供了全新思路。相关研究成果发表于Nature Communications、Applied Physics Reviews、Nano Letters等国际知名学术期刊。

        以氧化镓 (Ga2O3) 为代表的超宽禁带半导体凭借高击穿场强、高迁移率和优异稳定性，成为发展下一代集成光电器件的关键材料。我国“十五五”规划纲要明确提出：要加快宽禁带半导体产业提质升级，推动超宽禁带半导体产业化发展。然而，以导模法、提拉法、磁控溅射、金属有机化学气相沉积、分子束外延等为代表的传统制备工艺，难以同时兼顾大规模生产、低衬底依赖、低缺陷密度、高纯度与高结晶性等需求。近年来，室温液态金属为纳米级氧化镓的合成提供了新思路，但液态金属打印仍受尺寸、边缘与应力问题制约，尚未满足晶圆级超薄Ga2O3及产线兼容平台的工艺需求。另一方面，功能整合也是另一大挑战：如何摒弃模块化拼凑，将多光谱分析、偏振探测等高维感知功能集成于单一系统，是深紫外光电探测领域亟待突破的瓶颈制约。

        为此，团队提出了一种借助液态金属镓的合成和转移路线，制备出单晶、4英寸、超薄 (S4U) 的β-Ga2O3单晶薄膜。基于β-Ga2O3的日盲光电探测器实现了16.3 A/W的高响应度、低于150 μs的快速响应时间及120 dB的宽线性动态范围。在此基础上，结合β-Ga2O3本征各向异性与超表面光学设计，实现了目前基于氧化镓薄膜探测器最高的各向异性偏振探测比28.8。进一步，团队受古人智慧的启发，构建了基于日晷超表面光学结构的高维日盲探测超构系统，可同时感知未知日盲辐照的入射方向、偏振模式与辐照强度。相关成果以“Single-crystal, 4-inch and ultrathin gallium oxide for sundial-inspired high-dimensional solar-blind photodetection metasystem”为题，发表于Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-026-75058-w)。我院博士后仲玮恒、史佳娟为该论文共同第一作者，我院徐海阳教授、刘为振教授以及新加坡国立大学仇成伟教授为共同通讯作者。

        在Ga2O3基探测器偏振成像功能方面，团队提出了一种液态金属辅助剥离方案，从商业氧化镓衬底上直接撕取单晶各向异性β-Ga2O3薄片，成功制备出了基于高质量二维β-Ga2O3单晶薄片的高性能日盲探测器。在此基础上，团队构筑了一个四层扭角β-Ga2O3探测系统，首次实现了一步式高分辨日盲紫外偏振成像。相关成果以“Liquid-metal-assisted exfoliation of 2D β-Ga2O3 with high anisotropy ratio for solar-blind detection and polarization imaging”为题发表于Applied Physics Reviews (Featured Article, https://pubs.aip.org/aip/apr/article/12/1/011420/3339480)。

        此外，团队进一步提出并构筑了一种基于液态金属氧化制备的超薄Ga2O3光电探测器及柱状阵列架构。该紫外探测器阵列具有响应速度快、线性动态范围宽、器件性能整体均匀性好等显著优势，并展示出有效的紫外光源运动监测和轨迹识别能力。相关成果以“Ultrathin Ga2O3 photodetector with fast response and trajectory tracking capability fabricated by liquid metal oxidation”为题，发表于Nano Letters (Cover Art, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c04030) 。我院博士后仲玮恒为上述两篇论文第一作者，我院徐海阳教授、刘为振教授以及中国科学技术大学赵晓龙特任教授为共同通讯作者。

撰稿人：仲玮恒 

初审人：刘为振 

复审人：张岩 

终审人：王中强