【国内论文】广西民族大学：全氧化物Bi₂O₃/Ga₂O₃异质结的制备及紫外响应特性

        由广西民族大学的研究团队在学术期刊 Crystals 发布了一篇名为 Fabrication and Ultraviolet Response Characteristics of All-Oxide Bi₂O₃/Ga₂O₃ Heterojunction（全氧化物 Bi₂O₃/Ga₂O₃ 异质结的制备及紫外响应特性）的文章。

        本研究得到广西科技发展计划项目（Grant No. GuiKe AD23026169）的支持， 安徽省教育厅高校科学研究基金自然科学重点项目（Grant No. 2024AH051896），皖南医学院博士生科研启动基金（Grant No. WYRCQD2023021），以及国家自然科学基金委员会（Grant No. 51862031）资助。

        紫外（UV）光电探测器在火焰探测、臭氧监测、安全通信和生物医学分析等领域有重要的应用。宽禁带半导体，如 ZnO, GaN, SiC 和 Ga₂O₃ 等，是制造高性能紫外探测器的理想材料。其中，β-氧化镓（β-Ga₂O₃）因其超宽禁带（~4.9 eV）而特别适用于日盲紫外探测。构建异质结是提升探测器性能的有效策略，可以增强光生载流子的分离效率并抑制暗电流。氧化铋（Bi₂O₃）是一种重要的多功能氧化物半导体，其带隙较窄，对紫外和蓝光有强烈的吸收，且具有较高的介电常数。将窄带隙的 Bi₂O₃ 与超宽带隙的 Ga₂O₃ 结合，有望构建出性能优异的全氧化物 p-n 异质结紫外探测器。然而，关于 Bi₂O₃/Ga₂O₃ 异质结的研究还非常有限。

        异质结在光电子器件中广泛应用，以提升器件性能。然而，界面缺陷和晶格失配常阻碍载流子传输并降低效率，凸显了对多样化异质结结构进一步探索的必要性。本研究展示了一种由 Bi₂O₃ 和 Ga₂O₃ 构成的异质结器件。研究了 Bi₂O₃ 和 Ga₂O₃ 薄膜的微观结构和光电性能。Bi₂O₃ 和 Ga₂O₃ 薄膜的带隙分别为 3.19 eV 和 5.10 eV。基于 Bi₂O₃/Ga₂O₃ 异质结的器件展现出整流特性，在 ±4.5 V 时整流比为 2.72 × 10³，开/关比为 1.07 × 10⁵（4.5/−3.9 V）。此外，基于 Bi₂O₃/Ga₂O₃ 异质结制备了夹层结构光探测器，并研究了其紫外光响应性能。该光探测器具有低暗电流（0.34 pA @ −3.9 V）和快速响应上升/下降时间（<40/920 ms）。这项工作为大面积、低成本、高速 Bi₂O₃ 薄膜基异质结光探测器的开发提供了重要启示。

        本文报道了基于磁控溅射生长 Bi₂O₃ 和 Ga₂O₃ 薄膜的全氧化物异质结及其紫外响应性能。结构表征结果表明，α 相 Bi₂O₃ 和 Ga₂O₃ 呈现多晶结构。此外，Bi₂O₃/Ga₂O₃ 异质结展现出最高的 ON/OFF 比值为 1.07 × 10⁷，而光探测器具有高达 2.11 × 10⁴ 的光电转换效率（PDCR）以及快速响应速度（上升时间<40 ms，下降时间 920 ms）。研究表明，Bi₂O₃/Ga₂O₃ 异质结在紫外线检测领域具有应用潜力。

图1. (a) Bi₂O₃/Ga₂O₃ 异质结的示意图及其紫外响应测试示意图。 (b) 制备的异质结的截面SEM图像。 沉积后 Bi₂O₃ 薄膜（c）和 Ga₂O₃ 薄膜（d）的 XRD 图。

图2. Bi₂O₃（a）和Ga₂O₃（b）薄膜的透射率，以及 Bi₂O₃（c）和 Ga₂O₃（d）薄膜对应的（αhν）² 与 hν 关系图。

DOI：

doi.org/10.3390/cryst15070601