【器件论文】通过调节 AlₓHfᵧO 中的铝含量实现高性能 MISIM 结构 Ga₂O₃ 基光探测器

        由厦门大学的研究团队在学术期刊 Journal of Materials Chemistry C 发布了一篇名为Achievement of high-performance MISIM-structured Ga₂O₃-based photodetectors via tailoring of the Al content in Al_xHf_yO（通过调节 Al_xHf_yO 中的铝含量实现高性能 MISIM 结构 Ga₂O₃ 基光探测器）的文章。

摘要

        Ga₂O₃ 具有 4.9 eV 的超宽带隙，使其成为日盲光探测器（SBPD）的理想半导体材料。然而，Ga₂O₃ 薄膜中常存在大量缺陷，导致基于 Ga₂O₃ 的 SBPD 通常具有较高的暗电流。传统退火法虽能有效降低暗电流，却常损害器件的光响应性能。本研究采用超薄 Al_xHf_yO（0 ≤ x, y ≤ 1）绝缘层调控金属-绝缘体-半导体-绝缘体-金属结构 Ga₂O₃ 基 SBPD 的界面电子结构，从而提升器件整体性能。对于采用 Al₁Hf₀O（Al₂O₃）调控的 Ga₂O₃ 基 SBPD，光电流提升约 37 倍，暗电流几乎保持不变，但响应时间与截止特性均出现退化。相比之下，采用适宜堆叠的 Al₂O₃ 与 HfO₂ 材料 (Al_0.86Hf_0.14O) 调控的 SBPD 展现出更均衡的整体性能：暗电流低至 11.28 fA， 4.21 × 10¹⁴ Jones 的比探测率、90 ms 的短衰减时间，以及 20 V 偏压下 2.74 A W⁻¹ 的响应度。此外，采用 1-inch Ga₂O₃ 薄膜制备的 32 × 32 光探测器阵列展现出像素间光电流与暗电流分布高度均匀的特性，并具备卓越成像能力。基于 X 射线光电子能谱分析，首次提出基于界面电子结构与构建能带图的可行物理机制来解释实验结果。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D5TC02841H