【国内论文】哈尔滨工业大学(深圳)---ε-Ga₂O₃薄膜综述：制备与光电性能

        由哈尔滨工业大学(深圳)的研究团队在学术期刊 Materials 发布了一篇名为 A Review of ε-Ga₂O₃ Films: Fabrications and Photoelectric Properties（ε-Ga₂O₃ 薄膜综述：制备与光电性能）的文章。

        本研究得到国家自然科学基金委员会（Grant No. 52102094）的资助， 广东省基础与应用基础研究基金（Grant No. 2024A1515011678），以及深圳市科学技术创新委员会（Grant Nos. JCYJ20220531095017039，KJZD20240903095400001）。

        氧化镓（Ga₂O₃）作为一种超宽禁带半导体材料，近年来吸引了广泛的研究兴趣。由于其优异的电学和光学性能以及高可靠性，Ga₂O₃ 在电力电子、光电子学、存储器件等领域展现出巨大潜力。在所有不同多形体中，ε-Ga₂O₃ 是第二种热稳定性最高的相。它具有六方晶体结构，这使其具有各向同性的物理性能，并适合在低成本商业衬底（如Al₂O₃、Si (111)）上生长。然而，与热稳定性最高的 β 相相比，关于 ε-Ga₂O₃ 的研究工作要少得多。为了全面概述 ε-Ga₂O₃ 的现有研究并支持未来研究，本综述对 ε-Ga₂O₃ 薄膜的制备过程以及基于 ε-Ga₂O₃ 的光电探测器的光电性能进行了详细总结。讨论了不同沉积参数对薄膜相和质量的影响。分别分析了通过化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）制备的 ε 相的形成机制。对薄膜微结构与性能之间的关系进行了总结。此外，简要概述了进一步提升 ε-Ga₂O₃ 薄膜性能的策略。

        ε-Ga₂O₃ 薄膜可通过化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）技术制备。在CVD过程中，衬底作为 ε 相形成的基础发挥重要作用。适宜的温度、压力及前驱体比例是 ε 相成核和纯相生长的必要条件。而在 PVD 过程中，掺杂是形成ε相的必要条件。薄膜的质量还受衬底类型、沉积温度和氧气压力的影响。已报道的基于 ε-Ga₂O₃ 的光探测器的光电性能差异很大。一般来说，缺陷，包括晶界、掺杂引起的晶格畸变和氧空位，会产生捕获能级并阻碍载流子的迁移，导致 ε-Ga₂O₃ 薄膜的响应度低和响应速度慢。优化电极结构和引入钝化层可显著提升 ε-Ga₂O₃ 薄膜的响应度和探测度。特殊电极材料可在 ε-Ga₂O₃ 薄膜中产生内建电场，实现超快响应。尽管当前研究已取得一定成果，但 ε-Ga₂O₃ 薄膜的形成机制仍不明确。特别是，通过物理气相沉积（PVD）技术尚未成功合成无掺杂的 ε-Ga₂O₃ 薄膜。同时提升 ε-Ga₂O₃ 的光电性能（响应度、PDCR、灵敏度、响应时间等）仍面临极大挑战。此外，ε-Ga₂O₃ 的许多其他性质和潜在应用，如电子器件的功率性能和射频器件的高电子迁移率特性，鲜少被研究。可以预期，随着对 ε-Ga₂O₃ 基本原理的进一步理解，薄膜的性质可以得到显著提升，并可针对性地调整以满足广泛应用的需求。

DOI：

doi.org/10.3390/ma18112630