【国际论文】通过热氧化van der Waals GaSe 纳米结构实现薄 Ga₂O₃ 层，用于紫外线光子传感

        由英国诺丁汉大学的研究团队在学术期刊ACS Applied Nano Materials发布了一篇名为Thin Ga₂O₃ Layers by Thermal Oxidation of van der Waals GaSe Nanostructures for Ultraviolet Photon Sensing（通过热氧化van der Waals GaSe 纳米结构实现薄 Ga₂O₃ 层，用于紫外线光子传感）的文章。

摘要

        基于van der Waals晶体的二维半导体（2DSEM）为超越摩尔定律和传统半导体（如硅）的限制提供了重要的纳米技术途径。然而，其应用需要精确的材料特性和可扩展的制造工艺。能够氧化硅形成二氧化硅（SiO₂）的能力对于现代技术中硅的利用至关重要。在此，我们报告了二维半导体硒化镓（GaSe）的热氧化。纳米级薄层通过分子束外延法在透明的蓝宝石（Al₂O₃）上生长，具有中心对称的GaSe多晶型。将这些层在富氧环境中进行热退火，可以促进化学转化并将GaSe完全转化为薄层晶体Ga₂O₃，同时形成一致的Ga₂O₃/Al₂O₃界面。在基于GaSe和Ga₂O₃的光子传感器中展示了多种功能，从电绝缘到未过滤的深紫外光电子学，揭示了GaSe纳米结构及其非晶和晶体氧化物的技术潜力。

图 1. MBE 生长的 GaSe 向 Ga₂O₃的化学转化。(a). γ′-GaSe晶体结构的横截面图（上）和平面图（下）。(b) (i) Al₂O₃上 MBE γ′-GaSe 的照片和示意图；(ii) γ′-GaSe 和 β-Ga₂O₃表面的光学显微镜图像。图(ii)是γ′-GaSe 热氧化和转化为β-Ga₂O₃过程中的变化示意图。(c) β-Ga₂O₃ 晶体结构的横截面示意图（上）和平面示意图（下）。

图 2. γ′-GaSe和β-Ga₂O₃与蓝宝石的晶体结构和界面。(a) 蓝宝石上生长的 γ′-GaSe 的横截面高分辨率（HR）高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像（厚度 l = 75 nm）。(b) γ′-GaSe 在 Al₂O₃ 上的界面示意图。(ci-ii)HR-STEM图像，显示在氩/氧混合物中于Ta = 900 ℃退火ta = 30 分钟的样品的两种不同晶体取向关系（COR）下形成的相干界面。在插图中放大的 ADF 图像上，β-Ga₂O₃ 不同取向的晶体结构叠加显示出完全拟合。(di-ii) 在两种 COR 的 ADF 图像中观察到的 Al₂O₃ 上 β-Ga₂O₃ 的界面示意图。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsanm.4c02685