【国际论文】SnO₂:F/β-Ga₂O₃薄膜异质结作为短波紫外辐射的高灵敏度光探测器

        光电探测器通常基于半导体材料，由双层薄膜和导电电极组成。氧化镓（β-Ga₂O₃）是一种宽带隙半导体，因其独特的性能在电子和光电子领域获得了广泛的关注。氧化镓的带隙约为 4.5 至 4.9 eV，具体数值取决于其晶相。最稳定的相是 β 相，这是研究和应用中最常见的相。其较大的带隙使其对可见光透明，这对紫外光电探测器来说是有利的。β-Ga₂O₃ 具有很高的临界电场（约MV/cm），这使得用这种材料制成的器件能够承受高电压而不发生击穿。

        监测臭氧层空洞产生的紫外线（UVC）辐射至关重要，因其会对环境和人类健康造成危害。为满足这一需求，工作在短波紫外线（UVC）区域的光电探测器必不可少。本研究采用喷雾热解技术制备了基于氟掺杂氧化锡（SnO₂：F 或 FTO）和氧化镓（β-Ga₂O₃）薄膜的光学光电探测器。首先，分别制备了 SnO₂：F 和 β-Ga₂O₃ 的单层薄膜，并通过 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外 - 可见光谱（UV-Vis）和电流 - 电压（I-V）测量对其进行了表征。随后，制备了由 SnO₂：F/β-Ga₂O₃ 薄膜堆叠而成的光电探测器，并通过改变 Ga₂O₃ 的浓度对其光响应进行了评估。在测试的浓度中，0.2 M Ga₂O₃ 的器件性能最佳，其灵敏度为 6.62×10^-2，外量子效率（EQE）为 233.92%，响应度为 47.72 mA/W。这些结果表明，SnO₂:F/β-Ga₂O₃ 薄膜光电探测器是 UVC 检测的有前景的候选材料，并且能够有效地应用于环境监测领域，例如臭氧层空洞的观测。

        ● 通过喷雾热解法制造了 FTO/β-Ga₂O₃ 光电探测器，并在 0.2 M Ga₂O₃ 浓度下进行了优化。

        ● 薄膜的带隙分别为 4.59 eV（β-Ga₂O₃）和 3.38 eV（FTO），FTO 的结晶度更优。

        ● 优化后的器件在 UVC 监测中实现了 47.72 mA/W 的响应度和 3.34×10⁸ Jones 的探测率。

图 1. （a）FTO 和（b）去除背景噪声后的氧化镓薄膜的 X 射线衍射图谱。

图 2. （a）F 掺杂氧化锡和（b）氧化镓薄膜对紫外 - 可见光的透射率百分比。