【国内论文】中国科学院研究团队关于快速重离子辐照驱动的能带工程及其对 β-Ga₂O₃ 紫外线光电探测器光响应的深刻影响的研究

        近期，由中国科学院的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为Swift heavy ion irradiation-driven energy band engineering and its profound influence on the photoresponse of β-Ga₂O₃ ultraviolet photodetectors（快速重离子辐照驱动的能带工程及其对 β-Ga₂O₃ 紫外线光电探测器光响应的深刻影响）的文章。

摘要

        利用能量为 2896 MeV 的超高速重 Ta 离子来辐照 β-Ga₂O₃ 光电探测器。在不同波长的光照下，器件的性能发生了显著变化。在 254 nm光照下，器件的光电流在低离子通量时会出现衰减，但在 1 × 10¹⁰ cm^-2 的辐照通量时会逐渐恢复，甚至超过未辐照器件的性能。相反，在 365 nm 光照射下，光电流在低通量时会增加，但在 1 × 10¹⁰ cm^-2 的相同高通量时会略有下降。阴极荧光光谱和第一原理计算阐明了器件性能随辐照通量变化的机理。在低辐照度下，氧空位和镓空位等点缺陷的引入导致带隙扩大，从而导致 254 nm光照下的光电流下降。此外，这些点缺陷会产生深缺陷层，从而促进在 365 nm光照下的光电流增强。更高的通量会将这些点缺陷转化为复杂的缺陷，如 Ga-O 对空位，从而导致带隙减小。因此，在 254 nm光照射下，器件的光电流会增加。然而，在高辐照通量下，由于深缺陷水平的存在，电荷重组变得更加显著，从而导致在 365 nm光照射下的光电流下降。无论如何，在 1 × 10¹⁰ cm^-2 的辐照度下，β-Ga₂O₃ 光电探测器仍能保持优异的性能，这意味着它们具有很强的抗辐射能力，在太空环境中具有巨大的应用潜力。

图 1. 室温下在真空度为 1 × 10^-5 Pa 的真空环境中用 Ta 离子辐照制作的 β-Ga₂O₃ 光电探测器示意图。