通过调整AlxHfyO中Al的含量，实现了高性能的基于MISIM结构的Ga2O3基光电探测器

《Journal of Materials Chemistry C》：Achievement of high-performance MISIM-structured Ga2O3-based photodetectors via tailoring of the Al content in AlxHfyO

本研究采用超薄AlxHfyO绝缘层调控Ga2O3基太阳能盲探测器界面电子结构，有效降低暗电流并提升光电性能。实验显示，Al0.86Hf0.14O绝缘层使探测器实现11.28 fA超低暗电流、4.21×10^14 Jones探测度、90 ms响应及均匀光电分布，并首次通过XPS揭示了界面电子结构与能带图对性能的协同调控机制。

　　

Ga₂₃具有4.9 eV的超宽带隙，使其成为用于太阳盲光电探测器（SBPDs）的理想半导体材料。然而，Ga₂₃薄膜中通常存在大量缺陷，这导致基于Ga₂₃的SBPDs的暗电流较高。尽管传统的退火方法可以有效降低暗电流，但它往往会损害所制造器件的光电响应。在这项研究中，我们采用了超薄的Al_xHf_yO（0 ≤ x, y ≤ 1）绝缘层来调节金属-绝缘体-半导体-绝缘体-金属结构的Ga₂₃基SBPDs的界面电子结构，从而提高其整体性能。对于使用Al₁Hf₀O（Al₂O₃）调节的Ga₂₃基SBPD，光电流增加了约37倍，而暗电流几乎保持不变。然而，响应时间和截止特性都出现了下降。相比之下，使用适当堆叠的Al₂₃和HfO₂材料（Al_0.86Hf_0.14O）调节的SBPD表现出更平衡的整体性能，包括超低的暗电流（11.28 fA）、4.21 × 10¹⁴ Jones的特定检测率、90 ms的短衰减时间以及在20 V偏压下的2.74 A W^-1的响应率。此外，使用1英寸的Ga₂₃薄膜制造了一个32 × 32的光电探测器阵列，该阵列在像素上具有高度均匀的光电流和暗电流分布，并具有出色的成像能力。基于X射线光电子能谱分析，首次提出了一种基于界面电子结构和构建的能量带图的合理物理机制来解释实验结果。