【器件论文】Ti³⁺: β-Ga₂O₃ 单晶及 X 射线探测器性能研究

        由山东大学的研究团队在学术期刊 Materials 发布了一篇名为 Study of Single Crystal and X-Ray Detector Performance of Ti³⁺: β-Ga₂O₃（Ti³⁺: β-Ga₂O₃ 单晶及 X 射线探测器性能研究）的文章。

摘要

        氧化镓（Ga₂O₃）因其高灵敏度、高熔点和稳定的物理化学性质，正成为一种有前景的 X 射线探测器材料。然而，原材料中固有的浅施主背景阻碍了高阻抗本征晶体的制备，使得掺杂成为调整电学性能的必要手段。本研究采用边缘限定薄膜供给生长（EFG）法，以 Ti₂O₃ 为掺杂剂，生长了掺 Ti³⁺ 的 β-Ga₂O₃ 单晶，实现了高电阻率和带隙的适度减小。高分辨率 X 射线衍射（HRXRD）显示，半峰全宽（FWHM）为 96.50 弧秒。与非故意掺杂掺杂（UID）晶体相比，带隙略有减小，从 4.76 eV 降至 4.59 eV。在红外透射光谱中，掺 Ti³⁺ 的 β-Ga₂O₃ 晶体透射率下降的起始波长相对于 UID 晶体表现出明显的红移，表明晶体内部自由电子得到了有效抑制。X 射线光电子能谱（XPS）显示，Ti³⁺ 的掺入对 Ga 和 O 的价态或 Ga/O 比影响很小，价带最大值（EVBM）没有显著变化。在抛光的掺 Ti³⁺ 的 β-Ga₂O₃（100）基底上，采用 Ti/Au 电极制备的金属-半导体-金属（MSM）结构 X 射线探测器在 40 V 偏压和 2.944 μGy/s 剂量率下表现出 943.16 μC/(Gy·cm²) 的峰值灵敏度，超过了半绝缘掺杂体 β-Ga₂O₃ 探测器报道的灵敏度上限。上升和下降时间分别为 0.23 s 和 0.30 s，最小可检测限（MDL）为 164.26 nGy/s，展示了其应用于高性能 X 射线探测的潜力。

原文链接：

https://www.mdpi.com/1996-1944/19/11/2417