【国内论文】中国地质大学---采用低制造温度与低工作温度开发的高性能 Ga₂O₃ 基日盲紫外光探测器

摘要

        红外与紫外双波段集成探测器是光电探测器的重要发展方向之一。为了适应冷却型红外探测器对低工作温度和温和制造工艺的需求，开发低温工作的 UV 探测器至关重要。本研究采用低于 200°C 的工艺，制备了基于非晶 Ga₂O₃ 的金属-半导体-金属（MSM）结构太阳盲 UV 光电探测器。低温退火的 ALD-Ga₂O₃ 薄膜探测器表现出超低暗电流（5.04 × 10⁻¹⁴ A）、高光/暗电流比（1.09 × 10⁷）、高探测度（6.5 × 10¹⁵ Jones）和良好的响应度（1.04 A/W，偏压 5 V）。其响应时间和衰减时间均小于 70 ms，这可能与氧空位缺陷和结晶区域的变化有关。此外，在液氮温度下，制备的探测器仍能保持较高的性能，光/暗电流比达 2.04 × 10⁵，探测度为 4.8 × 10¹⁴ Jones，响应度为 0.13 A/W。进一步地，研究将优化的 UV 探测器与 HgCdTe 红外探测器集成，实现了单一器件对日盲 UV 和短波红外的双波段探测。本研究为 Ga₂O₃ 基 UV 探测器的低温制造工艺及其在低温应用场景中的推广提供了思路，并为其与冷却型红外探测器的集成奠定了基础。

图 1. 退火 Ga₂O₃ 薄膜的（a-b）扫描电子显微镜图像、（c）原子力显微镜图像、（d-e）截面 TEM 照片和（f-h）TEM-EDS 贴图。

图 2. 退火 Ga₂O₃ 薄膜的（a）XRD 光谱、（b-e）HRTEM 图像和（f）相应的 SAED 图形。