聲表面波紫外光探測器的研究進展

殷長帥，周 劍*，劉 翊，吳建輝，熊 碩，段輝高

(1.湖南大學 機械與運載工程學院 汽車車身設計與制造國家重點實驗室，湖南 長沙 410082；2.國家先進軌道交通裝備創新中心，湖南 株洲 412000)

1 引 言

紫外光，也叫紫外線(Ultraviolet，UV)，是指在電磁波譜中的10～400 nm波長范圍的一段輻射波，按照波長范圍可分為長波紫外(UVA，波長400～320 nm)、中波紫外(UVB，波長320～280 nm)、短波紫外(UVC，波長280～200 nm)和遠紫外光(波長200～10 nm)[1]。紫外線探測器是將一種形式的紫外電磁輻射信號轉換成另一種易被接收處理信號形式的傳感器。近年來，隨著工業進程的加快，環境遭受的破壞越來越嚴重，地球大氣層出現了巨大的臭氧層空洞，越來越多的紫外線照射到地球表面，對人類的健康構成了威脅，因此對紫外線的檢測與防護就顯得十分重要，紫外探測技術應運而生。隨著紫外探測技術的發展，目前紫外探測器在空間天文望遠鏡、軍事導彈預警、非視距保密光通信、海上破霧引航、高壓電暈監測、野外火災遙感及生化檢測等領域具有廣泛的應用前景[2]。

常用的紫外線探測器主要有三種：(1)光電真空探測器，如光電倍增管、像增強型CCD(ICCD)和背照式CCD(BCCD)等；(2)光電導探測器，如GaN基和AlGaN基電光導探測器等；(3)光伏探測器，如Si，SiC， GaN P-N結合肖特基勢壘光伏探測器以及CCD[3-4]。近年來，基于聲表面波技術(Surface Acoustic Wave，SAW)的紫外探測器(光-聲-電效應)由于具有微型化、響應速度快、靈敏度高、數字輸出、制作簡單且可以無線無源監測等眾多優勢，成為紫外探測領域的研究熱點。本文分析了聲表面波紫外探測敏感機理，綜述了聲表面波紫外探測的國內外研究進展，展望了聲表面波紫外探測的發展趨勢與挑戰。

2 聲表面波紫外探測原理

SAW指在彈性體自由表面產生并沿著表面傳播的各種模式的波，包括瑞利波(Rayleigh wave)、勒夫波(Love wave)、水平剪切波(SH-SAW)、彎曲平板波(Flexural plate wave)、S0蘭姆波(Zero-order Symmetrical Lamb Wave，S0-LW)和斯通利波(Stoneley wave)等[5]。SAW器件主要由壓電基底材料和相互交錯的金屬薄膜叉指狀換能器(Interdigital Transducer，IDT)組成，如圖1(a)所示。在IDT電極一端(輸入叉指換能器)加入高頻電信號，壓電材料的表面就會產生機械振動并同時激發出與外加電信號頻率相同的表面聲波，這種表面聲波會沿基板材料表面傳播。如果在SAW傳播途徑上再制作一對IDT電極(輸出叉指換能器)，則可將SAW檢測并使它轉換成電信號[6]。基于聲表面波的紫外探測器是屬于光-聲-電三種物理場相互耦合的一種器件。當紫外光照射SAW器件，使得SAW器件的頻率或相位發生偏移，通過探測頻率、相位的偏移可以反推出紫外光強弱，這就是SAW紫外探測的原理。

目前，還沒有一個非常完美的理論模型來解釋SAW器件在紫外光照射下頻移的物理根源，但是SAW紫外探測器的工作原理通常認為是基于聲-電效應。聲電效應是指半導體材料中，聲波與自由載流子的相互作用所產生的各種物理效應。在無紫外光照下，SAW器件聲波在輸入、輸出換能器之間傳播，由于壓電基板材料具有逆壓電效應，機械形變會導致材料極化，使得沿襯底表面傳播的聲波隨之產生電勢和電場。當SAW器件的敏感材料(通常為半導體材料)在被比敏感材料的截止波長短的紫外光照射時，敏感材料的價帶電子被激發到導帶中，材料表面會產生自由電子-空穴對(光生載流子)。這些光生自由載流子能夠改變材料表面的電導率以及聲波原始產生的電場，使得傳播的SAW特性發生改變(如聲速變化、頻率偏移)， 如圖1(b)所示。當紫外光源關閉時，光生載流子的復合過程使聲電效應減弱，進而恢復初始狀態[4，7-8]。2004年，Palacios等通過合理設計方案實現了遠程收集和測量基于GaN薄膜SAW的光生載流子，如圖2所示，驗證了光-聲-電三者的關系。該研究在輸入端產生的聲波將薄膜上產生的光生載流子打亂使它重新組合，部分載流子被聲波掃描帶到集電極，引起電場的變化，通過改變輸入射頻功率的大小來改變聲波的強弱，在輸出端檢測出電流的變化趨勢，可以得出聲波與光生載流子相互作用的強度[9]。

在聲電效應機理下，由敏感薄膜產生的光生載流子與SAW器件表面產生聲電耦合作用，從而導致器件傳輸特性的變化，SAW器件聲波傳播速度偏移(Δv)與插入損耗偏移(ΔΓ)以及相位的變化由式(1)決定[4]：

(1)

其中：v0為原始的聲波傳播速度，k2為有效的機電耦合系數，λ為聲波波長，L為延遲線的長度，σ和σm分別為材料的固有電導和表面電導。

(a)SAW紫外探測系統(a)SAW UV detection system

(b)SAW紫外探測器的聲電效應(b)Acoustoelectric effect of SAW UV detector圖1 SAW紫外探測器[4]Fig.1 SAW UV detector[4]

另一個角度解釋基于SAW的紫外探測器的機理是光電容效應。Ciplys和Chivukula等發現紫外光照射IDT區域對SAW傳輸的影響要遠大于相同尺寸區域光照兩個IDT之間的聲波傳播路徑區域，這個現象沒法用上述聲電效應解釋。他們提出了一種基于光電容效應的新機制，并證明了紫外誘導的IDT電容變化對聲表面波信號相位變化的影響。他們認為紫外光引起的相位變化應歸因于光電容效應引起的IDT阻抗的變化，隨著傳感層中光激發載流子密度的增加，金屬(叉指電極)-半導體(敏感膜)結的耗盡寬度減小，導致IDT電容增大。因此，可以通過UV照射改變IDT區域的電容來控制SAW相位，這種傳感器對UV引起的傳播特性的擾動非常敏感[10-11]。

(a)SAW相位相對于沿SAW傳播路徑的距離的變化(a)Changes in SAW phase relative to distance along SAW propagation path

(b)觀察SAW引起的高頻電阻調制效果的裝置[10-11]

綜述可以得出，基于SAW的紫外探測器的機理主要為：(1)SAW聲波傳播區域在紫外光照射下產生光生載流子，載流子與聲波的聲電效應導致SAW頻率的偏移；(2)IDT區域的光電容效應。

由于SAW器件的敏感薄膜對紫外輻射敏感，其薄膜性能的好壞直接影響著紫外探測器件的性能優劣，因此，本文從敏感薄膜的機理分類剖析SAW紫外探測的研究進展。

3 氮化鎵類薄膜的聲表面波紫外探

測器

3.1 氮化鎵聲表面波紫外探測

氮化鎵(GaN)是一種直接帶隙的寬禁帶n型半導體材料，禁帶寬度為3.39 eV，具有高熱導率、高硬度、高熔點等特性[6]。早在二十世紀六七十年代，研究者開始對GaN的光電特性進行研究，但其研究工作一直沒有得到很好的成果，主要受困于兩大難題： (1)沒有合適的單晶襯底材料(藍寶石襯底與GaN 的晶格失配度很高)；(2)無法實現GaN的p型摻雜[12]。1986年，日本研究人員Amano首次利用AlN緩沖層來外延制備GaN薄膜，大大地提高了膜的質量，得到了光滑無裂縫的高質量GaN薄膜[13]。1989年，研究人員通過低能電子束輻照處理，用Mg摻雜GaN實現了不同的p型傳導，首次報道了GaN p-n結LED的特性[14]。由于GaN的兩大難題被研究人員解決，因此對GaN的研究工作也迅速地發展起來。目前，制備不同類型的GaN材料的方法很多，如脈沖激光沉積法[15]、電化學技術[16]、熱絲化學氣相沉積[17]等。

2001年，Ciplys等首次提出了基于GaN薄膜的SAW器件在紫外探測上的應用[18]。該研究通過實驗得出換能器區域對紫外輻射靈敏度及導致聲波相位變化，但并未明確地解釋換能器區域影響頻率和相位變化的原因。2002年，Ciplys等證明了GaN基聲表面波換能器在紫外照射下，由于聲波與光電導電子的相互作用導致了SAW速度降低從而引起了諧振器頻率的降低[19]。2008年，Chen等制備了AlN/GaN/藍寶石多層結構的SAW紫外振蕩器，與在GaN/藍寶石上制造的器件相比，性能大大提高，靈敏度可達到4.2×10-6/(mW·cm-2)，并有望開發深紫外傳感器[20]。

3.2 高性能GaN類SAW紫外探測器

為改善紫外敏感薄膜的光電性能，研究者在GaN的基礎上，提出采用AlxGa1-xN三元合金壓電薄膜，該薄膜相較于GaN薄膜具有更好的壓電性能，通過改變x的值(Al含量)調節壓電薄膜的禁帶寬度，使該三元合金的禁帶帶寬在3.4～6.2 eV之間變化，提高整個器件的探測范圍。通過調整Al的含量改變傳感器的帶隙寬度，即有[10]：

Eg=6.13x+3.42(1-x)-bx(1-x)，

(2)

其中：Eg的單位為eV， 6.13 eV表示的是AlN室溫下的帶隙值，3.42 eV表示的是GaN室溫下的帶隙值，b是彎曲參數，與制造工藝有關，x為Al的摩爾分數，x一般小于1。由于制造AlGaN薄膜使用的方法不盡相同，導致b值不同，因此，AlxGa1-xN得到的帶隙寬度最好時其Al含量也不盡相同。

與純GaN的SAW紫外探測器不同，基于三元合金AlGaN的SAW紫外敏感器件在波長300 nm以下的紫外輻射響應良好。2004年，Ciplys等報道了基于AlGaN的SAW紫外敏感器件，在254 nm紫外輻射下，器件的最大頻移達到了10 kHz[10]。2006年，該研究小組通過試驗發現基于AlGaN的SAW紫外探測器對更短的波長紫外線表現良好，與基于GaN的紫外探測器相比，AlGaN基的紫外探測器具有良好的波長選擇性[21]。Koh等將壓電薄膜做成AlGaN/(Al、Ga)N/Al2O3層狀結構的SAW器件[22]。此結構對波長小于280 nm的紫外光十分靈敏，其靈敏度主要取決于AlGaN層的厚度，當厚度增大時(不超過100 nm)，薄膜的電導率會增加，這樣有利于光生載流子的產生，可提高器件的靈敏度。

在制備GaN薄膜時，往往會有一些雜質(如O、Si等)，這將導致GaN顯示出n型導電性，影響器件性能，因此近年來，除了摻雜Al金屬外，其他金屬物質摻雜在GaN中也有報道。相較于Al而言，其它Fe，Cr，Zn等金屬元素對深電子(O2-)的捕獲能力更強，可以提高GaN的電阻率，從而改善SAW器件的性能。Fan等制備的摻雜Fe的GaN薄膜SAW紫外探測器，該器件在UV照射下表現出很大的透射特性變化，在停止輻射后展示出非常低的恢復率，表明了摻雜Fe的GaN薄膜具有持久的光電導率[23]。

4 氧化鋅類薄膜的聲表面波紫外探

測器

4.1 氧化鋅薄膜的基本概述

同GaN一樣，氧化鋅(ZnO)也是一種寬帶隙的薄膜材料，其帶隙在300 K下為3.437 eV，截止波長約為365 nm，具有大的激子結合能(氧化鋅60 meV)，與GaN等其他寬帶隙材料相比，具有化學和熱穩定性好、原料易得、電子遷移率高、成本低等優點，有利于制備高性能的聲表面波紫外探測器。

ZnO壓電薄膜應用于高性能SAW器件，要求壓電薄膜具有高c軸擇優取向，結晶性能好，表面粗糙度低、較大的電阻率和壓電系數等[6]。ZnO薄膜的制備工藝簡單，方法多樣，可以采用電子束蒸發[24]、磁控濺射[26]、化學氣相沉積(CVD)[27]、脈沖激光沉積(PLD)[28]等方法制備。由于ZnO薄膜較GaN薄膜易于制備，因此，基于ZnO薄膜敏感層的SAW紫外探測器的研究工作較多，主要又可分為三個方面：(1)不同基板材料下的SAW紫外探測器；(2)類MgZnO薄膜的SAW紫外探測器；(3)ZnO納米結構的高靈敏度SAW紫外探測器。

4.2 不同基板材料下的SAW紫外探測器

通過前述公式(1)可以看出，改變機電耦合系數可以使SAW的傳播特性變化，而改變ZnO的基板材料就可以改變機電耦合系數，且十分容易做到，因此，基于ZnO薄膜的聲表面波紫外探測器的研究工作是從基板材料開始的。常用的基板材料有LiNbO3[29]、藍寶石[30]、石英[31]和Si[32]等。由于LiNbO3具有較大的機電耦合系數和不同的切向(XY，XZ)，因此被較早地用于SAW紫外探測的研究，但其溫度穩定性差，不適宜作為高溫探測(如火焰探測)的基板。石英作為一種易獲得、成本低的材料，適合器件的批量化制造，但耦合系數低，不適宜作為高性能的SAW紫外探測器。藍寶石由于具有高的傳播速度、高穩定性而被用于SAW紫外探測器上，但其高晶格與熱失配度導致其與薄膜易發生晶格失調。Si由于其良好的機械剛性和較高的傳播速度而被開發用于SAW紫外探測，但它具有低帶隙、電子移動性差等特點，不能很好地用于高靈敏度的紫外探測。在實際研究中，往往需要根據實際的要求而選擇不同的基板材料。表1列舉出了研究人員對于基于不同基板材料的ZnO薄膜聲表面波紫外探測器的研究情況。

表1 基板材料的部分研究工作Tab.1 Some research works of substrate materials

4.3 類MgZnO薄膜的SAW紫外探測器

為了進一步提高ZnO薄膜對紫外光的敏感程度，研究人員通過在ZnO薄膜上摻雜一些Ⅱ-Ⅲ族元素，例如Be，Mg，Cd，Al等。摻雜的ZnO薄膜可以將器件的暗電流降低幾個數量級，而其光電流明顯提高，從而可以提高光電轉換效率及器件的靈敏度，這樣可以制造具有大范圍檢測波長的高靈敏度聲表面波UV探測器。目前，針對摻雜ZnO的SAW紫外探測器的研究主要集中在類MgZnO聚合物薄膜上，這是由于Zn2+(0.060 nm)與Mg2+(0.057 nm)的離子半徑相似，因此Mg原子的替代在ZnO中不會引起很大的晶格常數的改變，使得這種材料適合用來制備MgxZn1-xO/ZnO異質結、超晶格結構和多量子阱。摻Mg可以使得ZnO的母體結構具有優異的光電性能，作為一種寬帶隙調諧半導體，MgxZn1-xO膜已被認為是用于可調紫外檢測器最有前途的UV光電材料。帶隙能量與MgxZn1-xO薄膜中Mg含量的函數關系如圖3所示[35]。Mg摩爾含量在小于37%時，MgxZn1-xO薄膜具有六方纖鋅礦晶體結構，在大于62%是MgxZn1-xO薄膜具有立方晶體結構，在37%～62%時具有兩者的混合相。

圖3 MgxZn1-xO薄膜帶隙能量與Mg含量的關系

ZnO摻雜Mg會導致帶隙增大，在Mg的含量為49%時達到4.05 eV，光響應會轉移到220～260 nm[36]。然而，Mg摻雜會導致電導逐漸減小，這削弱了SAW傳感器中的聲電相互作用。此外，當Mg的含量高于30%時，形成ZnO晶體結構中的許多缺陷(如殘余應力、位錯等)，這導致光學性能降低[37]。Mg和Al原子同時摻雜ZnO有助于在寬范圍內調節ZnO的光學性能。為了得到性能更好的ZnO薄膜，研究人員通過摻雜Al等金屬，并利用退火等處理方式來進一步改進MgZnO薄膜的性能。Kutepov等研究了基于Zn1-x-yMgxAlyO薄膜的聲表面波光電探測器，薄膜的電導率可在0.25×10-6～83×10-6Ω/cm之間變化，器件對于紫外光十分敏感，在波長為248 nm的紫外照射下，器件具有0.1～0.2 ms的快速光電響應[38]。

4.4 ZnO納米結構的SAW紫外探測器

隨著薄膜生長技術的發展，多種形態的ZnO薄膜，如納米棒[39]、納米線[40]、納米片[41]、納米環、納米螺旋/納米環[42]、納米帶、納米管[43]、納米花和納米壁[44]等被開發出來，如圖4所示，并應用于紫外探測。目前，常見的納米結構的ZnO制備技術有熱蒸發氧化法[45]、化學氣相沉積方法[46]和物理氣相沉積[47]等。改變ZnO薄膜的結構形式主要是為了提高膜的紫外吸收效應，使其響應更快，靈敏度更高，這是由于納米結構會使ZnO薄膜的比表面積增大，光電轉換效率更快。不同的結構形式，ZnO薄膜的電氣和光學特性是不同的[48]，其探測機理也有所區別。比如ZnO納米線中的光電機制為：當納米線在UV光照射下時，產生電子-空穴對，由于表面陷阱狀態(在表面吸收的氧分子)，電子被捕獲在表面，在施加電壓時，未配對的電子在陽極處被收集，從而增加了電導率。而ZnO納米顆粒(NP)的探測機理為：在光子能量大于帶隙能量的紫外光照射下，表面吸附的氧分子捕獲光生空穴，縮小ZnO NP層中的耗盡區，從而提高ZnO NP層的導電性。

圖4 ZnO不同的納米結構Fig.4 Different ZnO nanostructures

賀永寧等研究了ZnO納米線膜結構的聲表面波紫外探測器，發現器件從暗場到紫外光輻射的轉化過程中，其中心頻率減少了4 kHz，插入損耗增大了0.23 dB[49]。Peng等報道了ZnO納米線與ZnO單晶薄膜的聲表面波紫外探測器，在波長為365 nm，光強度為150 μW/cm2的紫外照射下，基于ZnO納米線的SAW紫外探測器的靈敏度為0.448 3 kHz/(μW·cm-2)，如圖5(a)～5(c)所示，比傳統ZnO單晶薄膜的SAW紫外探測器的靈敏度大了近7倍[50]。

Wang等報道了ZnO納米棒結構的聲表面波的高精度紫外探測器，該器件在波長為365 nm，光功率密度為3.5 mW/cm2時，相較于AlGaN基的SAW紫外探測器的靈敏度增大了6倍[51]。Chai等報道了交叉納米棒對紫外輻射監測的影響。在1 V偏壓，紫外光波長為361 nm的照射下，器件的響應度為15 mA/W，這表明該探測器可以適用于低紫外探測[52]。Li等報導了ZnO納米棒/ZnO薄膜結構的SAW紫外探測器，如圖5(d)～5(f)所示。在波長為365 nm，光強為0.048 mW/cm2的紫外光照射下，器件靈敏度為93.7×10-6/(mW·cm-2)，是傳統ZnO薄膜的靈敏度(31.3×10-6/(mW·cm-2))的近3倍[53]。Lao等報道了通過聚合物表面官能化實現了基于ZnO納米帶(NB)的高靈敏度UV檢測器，該器件ZnO納米帶中的UV誘導的光電導相比于傳統ZnO薄膜增加了5個數量級[54]。

在ZnO納米結構中摻雜一些Au，Ag，Al，Sn，Cu等不同元素可以大幅度提高紫外探測器的性能。Chen等報導了摻Ag的ZnO納米顆粒的SAW紫外探測器，如圖5(g)～5(i)所示。Ag摻雜有效地增強了ZnO薄膜的導電性，提高了SAW傳感器的靈敏度。在波長為365 nm的紫外照射下，器件可以達到84.2×10-6/(μW·cm-2)的靈敏度[55]。Khan等報導了摻Au的ZnO納米棒(NR)的紫外探測器。與ZnO NR相比，通過抑制深能級發光而增強固有發光。在紫外光照射，3 V的偏壓下，觀察到Au-ZnO NR的光電流為5.83 μA，暗電流為0.13 μA，而未摻雜Au的ZnO納米棒的光電流為4.75 μA，暗電流為0.61 μA，相比較而言，摻雜Au的ZnO納米棒的器件性能更優[56]。表2列出了基于納米結構的ZnO的工作成果。

(a)制備出的ZnO納米線(a)ZnO nanowires prepared

(b)SAW紫外探測器的外觀(b)Appearance of SAW UV detector

(c)具有ZnO納米線層的探測器的頻率-時間曲線 (針對顯示重復性)(c)Frequency-time curve of a detector with a ZnO nanowire layer (for showing repeatability)

(d)ZnO納米棒的SEM圖像(d)SEM image of a ZnO nanorod

(e)UV探測器示意圖(e)Schematic diagram of UV detector

(f)具有ZnO納米薄膜和ZnO納米棒的SAW傳感器的動態 響應特性(紫外光波長為365 nm、光強為24 μW/cm2)(f)Dynamic response characteristics of SAW sensor with ZnO nano film and ZnO nano rods (ultraviolet light wavelength is 365 nm， light intensity is 24 μW/cm2)

(g)ZnO納米粒子膜的SEM圖像(g)SEM image of ZnO nanoparticle film

(h)SAW紫外探測器(h)Appearance of SAW UV detector

(i)UV探測器插入損耗對開/關UV光輸入的瞬態響應(i)Transient response of UV detector insertion loss to on/off UV light input圖5 不同ZnO納米結構的SAW紫外探測器Fig.5 SAW UV detectors with different ZnO nanostructures

表2 對ZnO納米結構的部分研究工作總結Tab.2 Summary of some research work on ZnO nanostructures

4.5 柔性ZnO基SAW紫外探測器

近年來，為解決傳統硬質ZnO SAW紫外探測器不能貼于彎曲曲面的問題，人們提出了基于ZnO薄膜的柔性紫外探測器。柔性電子設備由于其柔韌性、重量輕、成本低等特點，被認為是21世紀十大新興技術之一。基于柔性SAW的紫外探測器可以貼于彎曲曲面和人體皮膚，在智能蒙皮和電子皮膚上有重要的應用前景。2014年，駱季奎等首次報導了雙模式ZnO/PI結構的柔性SAW紫外光探測器，器件表現出瑞利波和蘭姆波，兩種波的靈敏度分別為111.3×10-6/(mW·cm-2)(瑞利波)和55.8×10-6/(mW·cm-2)(蘭姆波)[60]。Hasan等報導了基于納米結構ZnO薄膜SAW器件的柔性紫外傳感器。在不同的彎曲程度下，器件的靈敏度不一樣，說明柔性器件的彎曲程度與紫外探測器的性能有關，例如在平坦狀態下，器件的靈敏度為39.2×10-6/(mW·cm-2)，向下彎曲時為30.8×10-6/(mW·cm-2)，向上彎曲時為18.5×10-6/(mW·cm-2)。器件表現出良好的可重復性和穩定性，在柔性或可穿戴UV光傳感器的應用中具有巨大潛力[61]。盡管柔性SAW紫外探測器具有質量輕、可彎曲等優點，但是其本身性能很難與硬質SAW器件相比擬，這嚴重制約了柔性電子傳感和監測系統的發展，特別是遠程、無線和無源傳感網絡。

5 其他敏感薄膜類SAW紫外探測器

除了GaN，ZnO薄膜， AlN，TiO2，MoS2、鈣鈦礦等其他敏感薄膜的紫外探測器也有報道。同GaN和ZnO一樣，AlN也是一種直接帶隙寬禁半導體材料，在所有半導體中具有最寬的直流能帶隙6.1 eV。Li等研究了基于AlN薄膜的紫外探測器，在紫外光波長為200 nm時，響應度最大，為0.3 A/W，表明AlN可以用作深紫外光探測器材料[62]。但是由于AlN的帶隙寬大于中、長紫外波段的能量值，無法激發電子到薄膜層，同時，當用AlN作為SAW紫外探測器的敏感薄膜時，低的機電耦合系數會導致聲電效應降低，從而使器件的性能下降。Walter等報道了TiO2納米棒薄膜的SAW紫外探測器，在波長為365 nm的紫外光照射下，其相位偏移高達2 540 pF，主要是由于TiO2具有優異的光電活性，其納米結構可以提高紫外光的吸收效率[63]。Zhou等報導了二維(2D)寬帶隙半導體二硫化鉬(MoS2)納米片作為SAW紫外(UV)光導材料的探測器，在波長為365 nm，光強度為4.666 mW/cm2的紫外光照射下，最大頻移可達3.5 MHz，其靈敏度為2.05×10-6m/(μW·cm-2)，分析認為高靈敏度歸因于MoS2納米片的高共振頻率(以GHz為單位)和高比表面積[64]。Jiang等報導了基于二維鈣鈦礦的高靈敏SAW光學傳感器，發現特征頻率與光強保持著良好的線性關系，器件的靈敏度可達到31.5×10-6/(μW·cm-2)。由此表明，鈣鈦礦在光電探測領域具有廣闊的應用前景[65]。

6 基于SAW的紫外探測器挑戰與未來發展趨勢

近年來，盡管SAW紫外探測器取得了巨大的研究進展，但離高靈敏度、高性能、高穩定性和實用性還有距離，SAW紫外探測面臨的主要挑戰有：

(1)敏感薄膜的選擇性低。盡管做紫外光電探測器的材料有很多，但很多不適用于SAW紫外探測器。采用何種敏感材料首先取決于紫外光子的能量是否高于敏感薄膜材料的帶隙能量[58]。如何合成適合SAW紫外探測的敏感材料是目前的一大挑戰。

(2)優化降低敏感膜異質結構的晶格失配。基于薄膜同質結/異質結的結構比其對應物的單層薄膜具有更高的光響應性能，因為它們的界面處具有內部內置電。但是基于異質結的結構在光電導期間顯示出較慢的響應時間和恢復時間，這主要是由于異質結構界面處的晶格失配引起的。因此，為了在基于薄膜同質結或異質結的中實現期望的光響應，需要降低界面處的晶格失配。

(3)超高靈敏度納米結構的可控制備和優化。納米結構形態在光捕獲效應中起關鍵作用，其性能的好壞決定了表面電子和空穴對的產生效率。

(4)如何得到高質量的納米結構是一個亟待解決的問題，包括直徑、長度、取向、密度、結晶和分級組裝的可靠控制。

(5)如何陣列化、集成化、智能化探測。

(6)如何實現陣列化集成化探測，且同時無線無源傳感與人工智能大數據平臺相結合是一個挑戰。

未來基于SAW技術的紫外探測發展趨勢如下：

(1)無線無源集成探測。基于聲表面波的紫外探測器的優勢之一便是可以實現無線無源，且可以與集成電路集成形成探測芯片與系統，未來可以將SAW探測器集成在智能終端(如手機)裝置中，易于隨身攜帶、實時監測，快速反饋探測信息，使探測器更加智能化，符合當代人們的需求。

(2)全波段紫外探測器的開發。目前SAW紫外探測器主要集中在一段波長的探測，無法實現紫外全波段的探測器，通過大幅度改變敏感膜的能量帶隙或許可以用于基于不同波段的紫外探測器，實現混合式的多功能探測。

(3)超高靈敏度紫外探測器的開發。紫外探測器的發展與微電子學的發展并行，隨著平面電子加工技術的發展和成熟，通過改變聲表面波叉指換能器的結構，可以實現以GHz為單位的高頻紫外探測器，其探測精度會大大提高。

(4)人工智能+大數據平臺監測。大部分SAW紫外探測還僅僅處于試驗階段，主要研究工作還處于器件傳感層，在數據處理層工作偏少，未來可將采集的數據人工智能處理，且與大數據平臺結合后實現遠程監測。