【器件论文】通过AlN钝化增强的Mg掺杂 β-Ga₂O₃ MISIM光电探测器实现高灵敏度日盲紫外检测

        由辽宁师范大学的研究团队在学术期刊Coatings发布了一篇名为 AlN Passivation-Enhanced Mg-Doped β-Ga₂O₃ MISIM Photodetectors for Highly Responsive Solar-Blind UV Detection（通过AlN钝化增强的Mg掺杂β-Ga₂O₃ MISIM光电探测器实现高灵敏度日盲紫外检测）的文章。

摘要

        在单晶蓝宝石衬底上，通过射频磁控溅射技术制备了 Mg 掺杂 β-Ga₂O₃ 薄膜，并在其上沉积不同厚度的 AlN 薄膜作为钝化层。随后，通过掩膜板和离子溅射技术制备了 Pt 互指电极，构建金属–绝缘体–半导体–绝缘体–金属（MISIM）结构光电探测器。使用紫外-可见吸收光谱仪（UV–Vis）和 Keith 4200 半导体分析仪研究了 AlN 钝化层对器件光学特性及光电探测性能的影响，结果显示器件性能显著增强。其中，MISIM 结构器件实现了 2.17 A/W 的响应度、1100% 的外量子效率（EQE）、1.09 × 10¹² Jones 的比探测率（D*）以及 2200 的光暗电流比（PDCR）。研究结果表明，AlN 钝化层的厚度影响 Mg 掺杂 β-Ga₂O₃ 薄膜在日盲紫外区的检测性能。当 AlN 厚度为 3 nm 和 5 nm 时，对能隙影响较小，而在 10 nm 时能隙有所增大。薄膜透光率随 AlN 厚度增加而升高，但在 10 nm 时下降。在 10 V 电压下，光电流随 AlN 厚度呈非单调变化，而暗电流逐渐减小。AlN 厚度还显著影响探测器的响应特性，其中厚度为 5 nm 时性能最佳。响应度、探测率和外量子效率随 AlN 厚度先增加后减小，综合性能在 5 nm 时最优。性能提升的原因在于，AlN 层对 β-Ga₂O₃ 表面起钝化作用，减少表面缺陷并抑制光生载流子的俘获；适当厚度的 AlN 层还增加半导体界面势垒高度，形成内建电场，提高响应速度。最后，AlN 层抑制光生电子-空穴对与 O₂ 的吸附和脱附过程，从而保留更多非平衡光生载流子，进一步增强光电探测性能。

原文链接：

https://doi.org/10.3390/coatings15111312