寧波材料所在氧化鎵基日盲紫外光電探測(cè)器的低溫制備技術(shù)方面取得進(jìn)展
日盲紫外光電探測(cè)器在民生(如電網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)、環(huán)境與生化檢測(cè)、森林火災(zāi)告警、醫(yī)學(xué)成像等)領(lǐng)域有重要應(yīng)用,是世界各國(guó)競(jìng)相研發(fā)的焦點(diǎn)。氧化鎵具有寬帶隙(可至4.9 eV)、地殼豐度較高(中國(guó)鎵儲(chǔ)量全球第一)、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),是理想的日盲(截止波長(zhǎng)~280 nm,對(duì)應(yīng)光子能量~4.42 eV)探測(cè)有源層材料。目前,氧化鎵日盲紫外探測(cè)器已取得一些重要進(jìn)展,但工藝溫度普遍較高。相比外延或多晶薄膜材料,非晶半導(dǎo)體薄膜可低溫、大面積均勻制備。為實(shí)現(xiàn)大面積柔性應(yīng)用,氧化鎵低溫制備技術(shù)的研發(fā)勢(shì)在必行。然而,非晶薄膜難以致密化,其微結(jié)構(gòu)和化學(xué)計(jì)量比難以有效調(diào)控,導(dǎo)致氧化鎵有源層內(nèi)載流子濃度和氧空位等缺陷難以調(diào)控,同時(shí)器件的光響應(yīng)度和響應(yīng)時(shí)間也難以協(xié)同提高。 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)一直致力于氧化鎵薄膜及其日盲紫外探測(cè)器的制備及其物性的調(diào)控研究。前期,團(tuán)隊(duì)通過(guò)溶液法制備了具有較高紫外-可見抑制比的氧化鎵基探測(cè)器,其功耗可至pW量級(jí)【Applied Physics Letters 116, 19 (2020)】。 近期,團(tuán)隊(duì)通過(guò)施加磁控濺射襯底偏壓輔助制備工藝,有效調(diào)控了非晶氧化鎵(a-GaOx)薄膜的表面粗糙度、相對(duì)質(zhì)量密度、折射率、帶隙和成分配比(鎵氧比)。在近室溫下制備的a-GaOx薄膜具有較少的各類缺陷態(tài),大幅提高了薄膜的致密度和載流子遷移率,相應(yīng)日盲紫外探測(cè)器的光響應(yīng)度提高了460倍,并具有良好的光譜選擇性【Ceramics International 47, 22 (2021)】。 |