高灵敏的Ga₂O₃ MSM太阳盲UV光探测器具有冲击电离增益

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 光电学是指光电子产品.
• 半导体物理 半导体物理

背景情况:

• 氧化 (Ga₂O₃) 是深紫外线 (DUV) 光电应用的一个有前途的材料,由于其宽带间隙和高热稳定性.
• 开发高效的太阳盲紫外线 (UV) 探测器对于火焰探测,UV监测和安全通信的应用至关重要.

研究的目的:

• 制造和表征以晶体为导向的β-Ga₂O₃薄膜,用于太阳盲紫外线探测器应用.
• 研究基于β-Ga₂O₃的金属半导体金属 (MSM) 紫外线探测器中的增益机制.

主要方法:

• 通过原子层沉积,在c平面蓝宝石基板上生长大约400nm厚的以晶体为导向的β-Ga₂O₃薄膜.
• 使用Au/Ni/Ga₂O₃/Ni/Au结构的Schottky接触型MSM太阳盲紫外线探测器的制造.
• 设备性能的表征,包括响应性,检测性,响应速度,光与暗电流比率和外部量子效率.
• 通过TCAD模拟来分析增强机制.

主要成果:

• 制造的β-Ga₂O₃MSM探测器表现出极好的太阳盲紫外线检测能力.
• 实现了高响应性 (高达800 A/W) 和检测性 (6 × 10 ¹⁴ 斯).
• 观察到快速的响应时间 (4ms上升,12ms下降) 和高的光与黑暗电流比率 (>10³).
• 显著的内部增益 (>10³) 被证明,归因于电极半导体接口上的冲击电离.

结论:

• 在MSM电极和通道接触边缘的冲击电离是导致β-Ga₂O₃太阳盲紫外线探测器观察到的增益的主导机制.
• 发现屏障道和光导效应是对设备增益的次要贡献者.
• 这项研究强调了β-Ga₂O₃在高性能太阳盲紫外线检测方面的潜力.