【国内论文】华师大宿世臣团队：基于Fowler-Nordheim隧穿效应的高性能Ⅰ型掺锡Ga₂O₃/SnSe₂异质结光电探测器

        华南师范大学宿世臣研究员联合郑州大学杨珣研究员、张壮飞副教授和香港科技大学黄文海教授在在《Applied Physics Letters》发布了一篇名为High-performance Type-Ⅰ Sn-doped-Ga₂O₃/SnSe₂ Heterojunction Photodetectors Enabled by Fowler-Nordheim Tunneling（基于 Fowler-Nordheim 隧穿效应的高性能Ⅰ型掺锡 Ga₂O₃/SnSe₂ 异质结光电探测器）的文章。

        本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：62474165、11974122 和 U22A2073）、河南省科技重大专项（231100230300）、国家等离子体物理重点实验室基金（项目编号：6142A04240204）、河南省科学技术协会青年人才支持计划（2024HYTP024）以及华南师范大学研究生院科研创新项目的资助。

        氧化镓（Ga₂O₃）以其卓越的物理和化学性能而闻名，使其成为太阳能盲光探测器的理想材料。在本研究中，采用化学气相沉积法合成了Sn掺杂的Ga₂O₃微米线（MWs），并通过X射线衍射（XRD），拉曼光谱，扫描电子显微镜和能谱仪进行了表征，证明合成的微米线为 Ga₂O₃ 微米线，且表面富 Se。通过干法转移将机械剥离的 SnSe₂ 转移到 Ga₂O₃ 微米线表面，并制备成为一种I型异质结光电探测器。在正向电压下，Sn-doped-Ga₂O₃ MW/SnSe₂ 异质结展现出直接隧穿和 Fowler-Nordheim Tunneling 现象。利用 6 V 偏压下的 Fowler-Nordheim 隧道机制，该器件在 254 nm 光照下展现出卓越性能，整流比达 10⁴~10⁵，暗电流为 0.11 pA，响应度达到 81.82 A/W， 比探测率达到 7.79 × 10¹⁴ Jones，以及高达 4×10⁴ %的外量子效率。这些卓越特性使氧化镓基器件用于日盲成像领域。该研究为 Ga₂O₃ 基光电器件提供了新的思路，进一步拓展了其在多功能日盲检测和成像应用中的潜力。

图1 Sn-doped-Ga₂O₃ MW的基本表征

图2 Sn-doped-Ga₂O₃ MW/SnSe₂ 异质结器件的结构示意图，基本表征及其能带图。

图3 Sn-doped-Ga₂O₃ MW/SnSe₂ 异质结器件光电性能图

DOI：

doi.org/10.1063/5.0282601