锌掺杂非晶Ga2O3薄膜的室温溅射制备及其日盲紫外探测性能增强机制研究

本文创新性地采用射频磁控溅射（RF magnetron sputtering）技术在室温下制备了Zn掺杂非晶Ga2O3薄膜，通过调控Zn含量（0-3.82 at%）实现了带隙红移（5.09→4.84 eV）和缺陷态减少。最优样品（2.63 at% Zn）在254 nm紫外光下展现出卓越性能：响应度（R）达33.4 A/W，比探测率（D*）9.41×1012 Jones，外量子效率（EQE）突破16317.1%，为低成本高性能日盲紫外探测器（solar-blind UV photodetector）提供了新思路。

　　

Highlight

通过室温射频磁控溅射技术，我们成功将锌金属块嵌入Ga₂O₃陶瓷靶材，实现了非晶Zn-Ga₂O₃薄膜的可控制备。这种低温工艺突破了传统高温方法（如化学气相沉积CVD需要680°C）的限制，为柔性电子器件开发铺平道路。

Phase structure, surface morphology and film composition

X射线衍射（XRD）图谱显示所有样品均呈现典型非晶特征（20-35°宽峰），扫描电镜（SEM）观察到表面光滑无裂纹——这得益于室温沉积抑制了原子表面迁移。有趣的是，随着Zn含量增加，薄膜的光学带隙发生红移（从5.09 eV降至4.84 eV），就像给Ga₂O₃的"电子高速公路"安装了缓坡带，显著提升了载流子传输效率。

Conclusions

本研究证实室温沉积的Zn掺杂非晶Ga₂O₃薄膜具有"三高"特性：高响应度（33.4 A/W）、高稳定性（响应时间<0.5秒）、高性价比。特别值得注意的是，2.63 at% Zn掺杂样品的外量子效率（EQE）达到惊人的16317.1%，相当于每个入射光子都能激发出超过160个电子，这种"光子放大效应"为日盲紫外探测器的性能突破提供了新范式。