【国际论文】注入 β-Ga₂O₃ 中的Yb的晶格恢复与光激活

        近期，由波兰科学院的研究团队在学术期刊Materials发布了一篇名为Crystal Lattice Recovery and Optical Activation of Yb Implanted into β-Ga₂O₃（注入 β-Ga₂O₃ 中的Yb的晶格恢复与光激活）的文章。

摘要

        β-Ga₂O₃是一种具有超宽带隙（Eg~4.8 eV）的半导体，适用于包括光电子学在内的多种应用。未掺杂的Ga₂O₃在紫外光范围内发光，并可以通过稀土掺杂剂调整至可见光区域。在这项工作中，我们研究了在(-201)方向的β-Ga₂O₃晶体中注入镱（Yb）离子后的晶格恢复，注入剂量为1 × 10¹⁴ at/cm²。通过在不同温度和环境下的后注入退火，探讨了β-Ga₂O₃晶体结构的恢复和Yb离子的光学激活。

        离子注入是一种著名的材料掺杂技术，尽管它有许多优势，如能够在超过溶解度限制的浓度下引入掺杂剂，但也会对晶格造成损伤，从而显著影响材料的光学响应。在这项工作中，利用沟道化卢瑟福背散射光谱（RBS/c）结合McChasy模拟，研究了β-Ga₂O₃:Yb晶体中的注入后缺陷及其转变，以及热处理后的晶格恢复情况，同时测试了材料的光学响应。研究表明，在700–900°C的退火条件下，晶格得到部分恢复，但当退火温度超过800°C且时间超过10分钟时，会伴随Yb离子向表面扩散的现象。500–900°C的高温注入有效限制了晶格的注入后损伤，但并未导致Yb离子的强荧光发射。这表明晶格的恢复并不足以在室温下引发强烈的稀土光致发光，而与其他测试环境相比，氧气退火有利于实现强烈的红外发光。

图 1. β-Ga₂O₃晶体结构示意图，以及镱离子注入间隙位点后受损的β-Ga₂O₃

DOI：

doi.org/10.3390/ma17163979