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【国内论文】基于半绝缘 Co:β-Ga₂O₃ 单晶制备的高热稳定性日盲光电探测器
日期：2023-12-15阅读：175
β-Ga2O3 的禁带宽度约为 4.5~4.9 eV，对应的紫外截止边在 200~280 nm 的日盲波段，因此不需要调节带隙即可被用于制作日盲光电探测器。近期，山东大学贾志泰教授、穆文祥副教授研究团队与中国科学技术大学赵晓龙副研究员研究团队合作，利用 Co 掺杂 β-Ga2O3 衬底（Co:β-Ga2O3）制备了日盲光电探测器，与利用传统的 Fe、Mg 掺杂 β-Ga2O3 衬底所制备的器件相比，该探测器能够在室温至 300 ℃ 这一较大的温度范围内保持性能稳定性。相关的研究成果以“Solar-blind photodetectors prepared using semi-insulating Co:β-Ga2O3 single crystals that are stable over a wide temperature range”为题发表在《Journal of Material Chemistry C》上。
摘要
半绝缘 β-Ga2O3 能够在较宽的温度范围内保持稳定的高电阻率，这正是高温环境，例如火灾报警、大气监测以及太空探索时所需要的性能。与传统的深能级受主（Fe、Mg 等元素）相比，Co 具有更合适的能量位置，将其引入 β-Ga2O3 的能带结构中可以抑制半绝缘效应的恶化，保持电阻率的稳定性，使其具有在严酷温度条件下应用的可能性。此外，Co:β-Ga2O3 具有较高的透过率和低的自由电子浓度。本文首次发现了 Co:β-Ga2O3 在变温下的电阻率稳定平台，即电阻率在室温至 300 ℃ 均保持在 1011 Ω·cm 左右，其热激活能拟合值为 2.1 eV，比 Fe、Mg 掺杂 β-Ga2O3 更接近禁带的中心。因此，基于 Co:β-Ga2O3 的光电探测器的暗电流可以被有效抑制，并且在室温至 260 ℃ 的光响应性能变化不大。本文提出并验证了具有超高电阻率稳定性和优异的半绝缘效应的 Co:β-Ga2O3 在极端环境下的应用前景，为 β-Ga2O3 器件的热设计提供了更多的可能性。
原文链接：DOI: 10.1039/d3tc00906h
