【外延论文】缺陷驱动的光载流子动力学与 β-Ga₂O₃ 薄膜中光电流的热淬灭效应

        由印度科学促进协会的研究团队在学术期刊 Materials Today Communications 发布了一篇名为Defect-driven photocarrier dynamics and thermal quenching of photocurrent in β-Ga₂O₃ thin films（缺陷驱动的光载流子动力学与β-Ga₂O₃薄膜中光电流的热淬灭效应）的文章。

摘要

        由于其固有的紫外透明性和高临界电场，阐明超宽带隙 β-Ga₂O₃ 中缺陷主导的光生载流子动力学对于在先进光电子架构中定制其功能至关重要。在本研究中，在不同氧分压（1 – 50 Pa）下脉冲激光沉积的 β-Ga₂O₃ 薄膜导致了亚带隙缺陷分布的调制。结晶为单斜晶系 β-Ga₂O₃ 相的薄膜随着氧分压的增加，晶体质量有所提高。室温光电导性表现出约 4 × 10² 的光暗电流比、50 mA/W 的响应率和快速上升 - 衰减动力学，使这些薄膜适用于太阳盲短距离安全空间通信等应用。在较低氧分压下沉积的薄膜表现出次线性幂律依赖性，这归因于陷阱辅助的载流子动力学和光生载流子的持久性，而在较高氧分压下生长的薄膜则表现出近乎线性的响应，反映出本征带间激发，缺陷的作用可忽略不计。多次循环中稳定且可重复的光电响应证实了薄膜可靠性和可重复性的提高。前所未有的温度依赖性光电流测量（12 – 300 K）揭示了在不同温度范围内运行的多种缺陷主导的输运机制。分析表明，存在从陷阱介导的 Efros-Shklovskii 和 Mott 变程跳跃（VRH）到最近邻跳跃，最后到热激活带导的顺序转变。值得注意的是，每层薄膜在不同特征温度区间表现出这些导电过程，这取决于生长过程中使用的氧分压。对于在1 Pa（GO - 1）下沉积的薄膜，VRH 输运在 50 K 以下占主导地位。相比之下，在 50 Pa（GO - 50）下生长的薄膜在接近 200 K 时仍保持 VRH 行为。此外，在 GO – 1 中，复合中心的热激活在约 100 K 以上引起光电流猝灭，在 GO – 40 中则在约 260 K 以上引起光电流猝灭。 这些见解强调了缺陷-载流子相互作用在定制下一代深紫外和低温光电器件中的根本重要性。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/pssa.202200559