通过锆调控的准二维电子气界面限制效应实现的高响应性、柔性β-Ga2O3/IGZO紫外光电探测器

《ACS Photonics》：High Responsivity Flexible β-Ga2O3/IGZO Ultraviolet Photodetectors Enabled by Zr-Modulated Quasi-Two-Dimensional Electron Gas Interfacial Confinement

准二维电子气（quasi-2DEG）柔性氧化锌（Ga?O?）基异质结紫外探测器通过Zr掺杂界面工程策略实现性能突破，有效抑制氧空位复合，提升载流子迁移率2.1倍，在254 nm下获得1.37×10?光电流比、1.65×102 A W?1响应度和1.06×101? Jones检测度，弯曲循环稳定性达1000次。

　　

准二维电子气（quasi-2DEG）具有独特的量子限制效应和高电子迁移率，为基于柔性Ga₂O₃异质结的紫外光探测器（UVPDs）带来了革命性的潜力。然而，柔性限制温度与晶体质量之间的内在矛盾导致非晶态Ga₂O₃中产生氧空位（V_O），从而引发复合现象，抑制了准二维电子气的形成并严重影响了UVPDs的性能。在此研究中，我们提出了一种基于Zr的界面工程策略：将掺杂Zr的β-Ga₂O₃（ZrGaO）薄膜（具有极低的V_O浓度）与铟镓锌氧化物（IGZO）协同集成，构建柔性异质结UVPDs。Zr的引入有效钝化了界面缺陷，并促进了能带的良好对齐，从而成功在界面处形成了准二维电子气。值得注意的是，量子限制效应使得载流子迁移率显著提高了2.1倍，显著提升了载流子传输效率和光生电子-空穴的分离效率。最终，该器件在254纳米光照下的性能表现极为出色：光电流与暗电流之比为1.37 × 10⁵，响应度达到1.65 × 10² A W^–1，探测灵敏度达到1.06 × 10¹⁴ Jones，超越了大多数已报道的柔性UVPDs。此外，该柔性器件在经过1000次不同角度的弯曲后仍保持稳定的光电性能，展现了卓越的机械耐久性。这项工作展示了Zr调控界面工程在柔性光电器件中诱导准二维电子气效应的潜力，为下一代高性能可穿戴紫外检测系统提供了一种可扩展的设计策略。