【国内论文】通过在射频磁控溅射制备的 β-Ga₂O₃ 薄膜中掺入硅提高日盲紫外线光电探测器的性能

        近期，辽宁师范大学的研究团队在学术期刊Vacuum发布了一篇名为Performance enhancement of solar-blind UV photodetector by doping silicon in β-Ga₂O₃ thin films prepared using radio frequency magnetron sputtering（通过在射频磁控溅射制备的 β-Ga₂O₃ 薄膜中掺入硅提高日盲紫外线光电探测器的性能）的文章。

摘要

        通过射频磁控溅射法在 c 面 (001) 蓝宝石衬底上制备了 Si 掺杂的 β-Ga₂O₃ 薄膜，并在 Ar 气氛下于 800 °C 退火 1 小时。最终使用退火后的 β-Ga₂O₃ 薄膜制备了金属-半导体-金属型日盲紫外光探测器。使用 XRD、EDS、UV–Vis、PL 光谱和 Keithley-4200 系统研究了薄膜的结构、成分、光学性质和光电检测性能。结果表明，硅掺杂后，β-Ga₂O₃ 薄膜的优选取向从 (-201) 晶面转变为 (200) 和 (201) 晶面。EDX 和 XPS 结果显示，通过替代 Ga 原子，在 Ga₂O₃ 薄膜中掺入了 2.34 at%的硅。XPS 和 PL 结果均显示，掺硅薄膜中的缺陷浓度（包括氧空位）有所下降。Si 掺杂的 β-Ga₂O₃ 薄膜表现出更强的日盲检测性能，具有较低的暗电流（在 15 V 偏压下为 32.2 × 10^-12 A）、较高的光暗电流比（3.2 × 10⁴）、较高的光功率密度（2.4 μW/cm²）和较短的响应时间。最终的响应度、探测度和外量子效率分别为 1.146 A/W、7.14 × 10¹¹ Jones 和 5.605%，均比未掺杂器件高出一个数量级以上。这项工作表明，硅是一种有效的 n 型掺杂剂，可提高基于 β-Ga₂O₃ 薄膜的日盲紫外光探测器的检测性能。

DOI：doi.org/10.1016/j.vacuum.2024.113399