从微观创新到效能跃升 新型铁电紫外光电探测材料破局高端应用

深空探测的紫外信号捕捉、高频光通信的信号转换，都离不开紫外光电探测器的核心支撑。这类器件的性能表现，直接关乎高端领域任务的精度与效率。一直以来，超快响应速度、高探测灵敏度、长期稳定性等核心指标，如同相互制约的“枷锁”，让传统探测器始终难以全面适配高端场景的应用需求。近日，中科院金属所团队通过材料结构创新与高端表征技术的协同发力，研发出一款新型铁电薄膜材料，为紫外探测设备的性能升级提供了全新解决方案。

在高性能探测器材料的选型中，铁电材料凭借独特优势一直备受关注。其通过自发极化形成的本征内建电场，无需像传统pn结、肖特基二极管那样构建复杂异质界面，既能简化器件整体结构，又能依托高介电常数降低运行噪声。但遗憾的是，传统铁电材料普遍存在高密度铁电畴壁，这些畴壁会严重加剧光生载流子的散射与复合，导致器件响应速度被困在微秒级，难以满足高端场景对高速探测的需求。

要打破这一困境，关键在于从微观结构上优化铁电材料性能，同时借助精准表征技术验证结构优势。中科院金属所团队另辟蹊径，采用固相反应法成功制备出磁铅石型SrAl₁₁₋δTiO₁₉（SATO）铁电薄膜，而球差校正透射电子显微镜的精准表征，成为解读材料性能的关键。这款具备亚埃级分辨率的高端仪器，清晰呈现出SATO材料沿c轴交替堆叠的岩盐块与尖晶石块原子构型，更证实该薄膜几乎不存在铁电畴壁，呈现出纯净的单畴特征——这一结构优势，从根源上打通了载流子传输的“阻碍”，为高性能探测筑牢基础。

与传统铁电材料相比，SATO薄膜的性能提升堪称质的飞跃。实测数据显示，其剩余极化强度达到7.8 μC/c㎡，且铁电极化保持性能超过500小时，稳定性在同类材料中表现突出；光电性能方面，该材料在330 nm紫外波段的响应度可达860 mA/W，探测率突破1.63×10¹³ Jones，开关比更是高达1.9×10⁴。最为亮眼的是响应速度，其上升时间仅6.8 ns、下降时间17.7 ns，较传统铁电光探测器提速近万倍，首次将这类器件的响应能力推进至纳秒级。

SATO材料的成功研发，无疑为多领域紫外探测设备升级打开了新空间。在太空探索领域，其超快响应与高稳定性可精准捕捉微弱的深空紫外信号，助力提升探测精度；环境监测场景中，能实现痕量紫外污染物的快速筛查，提高监测效率；而在光通信领域，纳秒级响应速度可完美适配高频信号传输需求，为通信速率升级提供支撑。业内专家普遍认为，SATO材料有望逐步替代传统器件，成为下一代紫外探测设备的核心支撑材料。

据悉，此项研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目的资助。随着SATO材料制备工艺的逐步成熟，以及高端表征技术的持续迭代，铁电光探测器有望突破产业化落地的现存障碍，在高端制造领域构建起独特的技术优势，推动相关产业实现高质量升级。