Photodétecteurs à base d'oxyde de gallium pour la surveillance de la qualité de l'eau

Nous présentons une approche de surveillance de la qualité de l'eau utilisant des semi-conducteurs à large bande interdite ultra-large en oxyde de gallium (Ga2O3). Les nitrates, le carbone organique dissous et les concentrations en solides en suspension sont trois paramètres couramment mesurés de la qualité de l'eau, qui présentent une absorption optique allant de l'ultraviolet profond à la région visible. Cette large région spectrale pose un défi pour une mesure précise et efficace (simultanée) de l'absorption/extinction résultant des concentrations variables de ces paramètres, car le silicium (Si), matériau classique des détecteurs, présente de faibles performances sur cette plage optique. Pour surmonter ces limitations, nous proposons l'utilisation de semi-conducteurs à bande interdite ultra-large pour tracer les changements d'absorption optique liés aux compositions d'eau variables en mesurant la réponse de photocourant à différentes longueurs d'onde. Ici, nous utilisons Ga2O3 en phase α comme matériau adapté pour mesurer une large réponse de photocourant allant de 200 nm à 465 nm. La réponse de photocourant comprenait trois régions bien définies liées intrinsèquement au riche paysage électronique du matériau. La région (i) (200-250 nm) correspond à une excitation bande-à-bande des porteurs de charge, correspondant bien aux caractéristiques d'absorption des nitrates. La région (ii) (250-350 nm) correspond à des transitions liées aux queues de bande, permettant une réponse de photocourant aux concentrations de carbone organique dissous. Enfin, nous utilisons les transitions médiées par défauts de la région (iii) (350-465 nm) pour surveiller les concentrations de solides en suspension. Il a été observé ici que la sensibilité de la réponse de photocourant aux changements de composition de l'eau dépend fortement de la longueur d'onde d'excitation, où les excitations à 225 nm, 260 nm, et 465 nm ont donné (pour notre dispositif) les meilleurs résultats pour la surveillance des nitrates, du carbone organique dissous et des concentrations en solides en suspension, respectivement.