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超宽带隙(ScGa)?O?合金薄膜及相关的灵敏快速响应日盲光电探测器

DOI：10.1016/j.jallcom.2020.155036 期刊：Journal of Alloys and Compounds 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 尽管β-Ga?O?因其直接带隙（4.9 eV）和高稳定性被视为日盲光电探测器（PDs）的优异候选材料，但其截止波长常超出深紫外（DUV）区域，降低了探测器的抑制比。此外，β-Ga?O?薄膜中普遍存在的氧空位作为陷阱中心阻碍载流子复合，显著降低响应速度。为解决这些问题，本研究提出通过掺杂钪形成三元(ScGa)?O?合金来改性β-Ga?O?。得益于Sc?O?比Ga?O?更宽的带隙（~5.7 eV）及更强的Sc-O键合力，(ScGa)?O?合金薄膜如预期般展现出比纯Ga?O?更宽的带隙（5.17 eV）和更少的氧空位，最终使基于该合金薄膜的PDs具有超低暗电流（10 V下0.08 pA）和更快的响应时间（上升时间：41/149 ms；衰减时间：22/153 ms）。此外，(ScGa)?O? PD的峰值与截止响应波长相对纯Ga?O? PD发生蓝移，从而获得更高抑制比（>500 vs ~317）。这种利用Sc?O?更宽带隙和更强Sc-O键合来拓宽带隙、同时减少(ScGa)?O?合金本征载流子和氧空位的钪合金化策略，有望广泛应用于其他宽带隙氧化物合金设计，开发具有低暗电流和高响应速度的高性能紫外光电探测器。
作者： Qile Wang，Pan Huang，Qi Liu，Yingxiang Li，Qiulin Qu，Mingkai Li，Kevin Peter Homewood，Yinmei Lu，Yunbin He
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过掺杂Sc来改性β-Ga2O3，形成三元(ScGa)2O3合金，以开发具有低暗电流和高响应速度的高性能紫外光电探测器。

研究成果

Sc合金化策略能有效拓宽(ScGa)?O?合金的带隙，同时减少本征载流子和氧空位，从而研制出具有低暗电流和高响应速度的高性能紫外光电探测器。

研究不足

实验的技术和应用限制包括：随着Sc含量进一步增加，氧空位大幅减少导致光电导增益降低，从而引起探测灵敏度下降。

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