β粒子与硼掺杂协同构建Z型B-BiVO4/Bi2MoO6-β异质结缺陷增强环丙沙星和砷(Ⅲ)光催化还原性能研究

本研究针对太阳能盲区探测领域需求，通过磁控溅射法在不同晶面蓝宝石衬底上沉积GeO2薄膜，开发出性能优异的213 nm日盲光电探测器(SBPD)。研究发现m面衬底制备的器件具有更快响应速度(8.09/8.15 ms)、更高光暗电流比(237.03)和优异探测能力(2.76 A/W响应度，1.87×1014 Jones探测率)，为日盲探测应用提供了新选择。

　　

在紫外线探测领域，日盲波段(200-280 nm)因其独特的环境信号特征成为安全通信、导弹预警等军事民用领域的关键技术窗口。然而传统日盲探测器面临材料带隙匹配、界面缺陷控制等挑战，其中GeO₂作为超宽带隙半导体(ultra-wide bandgap semiconductor)虽具有高热导率和载流子迁移率优势，但其晶体质量与衬底取向的关联机制尚不明确。

中国的研究团队采用双阴极射频磁控溅射(DCRMS)技术，在m面和r面蓝宝石衬底上制备GeO₂薄膜，通过高温退火(1100℃)获得结晶质量优异的薄膜材料。X射线衍射(XRD)分析显示m面衬底样品在20.6°和26.0°出现强衍射峰，对应α-石英相GeO₂的(101)和(110)晶面。原子力显微镜(AFM)表征表明m面样品表面粗糙度较r面样品降低42%，这有利于减少载流子散射。研究人员构建了金属-半导体-金属(MSM)结构日盲探测器，发现m面器件光电流达到r面器件的1.82倍。

关键技术包括：1) 采用Ge金属靶材在Ar/O₂混合气体(1:2)环境下溅射沉积；2) 对薄膜进行900-1100℃梯度退火处理；3) 通过紫外-可见光谱(UV-Vis)和X射线光电子能谱(XPS)分析光学带隙和化学状态；4) 使用半导体参数分析仪测试器件性能。

【材料表征】部分显示，m面衬底样品(MA11P2)的(110)晶面衍射峰半高宽较r面样品(RA11P2)窄17%，表明其结晶质量更优。紫外吸收谱测得光学带隙为5.83 eV，与日盲波段完美匹配。

【器件性能】测试结果表明，基于m面衬底的SBPD具有更优异的综合性能：响应时间缩短至8.09 ms(上升)和8.15 ms(下降)，光暗电流比提升至237.03，响应度达到2.76 A/W，探测率高达1.87×10¹⁴ Jones。通过构建能带结构模型，研究人员发现m面器件具有更小的能带势垒(0.32 eV vs 0.41 eV)，这使光生载流子迁移所需能量降低22%。

研究结论指出，m面蓝宝石衬底与GeO₂薄膜的晶格失配度较小(4.7% vs 6.3%)，且界面处存在内置电场(built-in electric field)，这些因素共同促进了载流子的高效分离与输运。该工作发表于《Journal of Alloys and Compounds》，不仅揭示了衬底晶向对GeO₂薄膜物性的调控规律，更为开发高性能日盲探测器提供了新的材料选择和技术路线。研究获得国家自然科学基金(62204133)和甬江人才计划(2022A-218-G)支持。