氧化物半导体具有独特的电子和光学特性，使其在从光电器件到环境传感器等多种应用中发挥作用1, 2, 3, 4, 5, 6。然而，这些特性对内在缺陷（尤其是氧空位）非常敏感，因为氧空位决定了电导率和光响应特性7, 8, 9。氧空位通过增加自由电子浓度来提高导电性，但同时会在带隙中引入缺陷状态。虽然这些缺陷状态可以促进电子-空穴复合并可能增强光响应，但也可能导致非辐射损耗，从而降低器件性能10, 11, 12, 13。因此，精确控制缺陷密度和分布对于优化基于氧化物半导体的器件功能至关重要。
在氧化物半导体中，ZnO因其3.37 eV的宽带隙而被视为一种有前景的紫外线光电探测器材料，这种宽带隙使其在紫外范围内具有强吸收能力，同时在可见光谱中保持高透明度14, 15, 16。此外，ZnO的高激子结合能（60 meV）增强了激子稳定性，使得基于ZnO的光电探测器在室温下具有高效率17, 18, 19。然而，ZnO的电子和光学特性受到内在缺陷（尤其是氧空位和锌空位）的显著影响，这些缺陷会干扰载流子动力学和器件性能。氧空位会引入中间能级态，成为载流子陷阱，导致暗电流增加和光响应稳定性降低；而锌空位则会形成深能级缺陷，阻碍电荷传输20, 21。因此，通过精确控制缺陷浓度、最小化复合损耗并增强光电导增益，对于优化ZnO光电探测器至关重要。
已经开发了多种技术来控制氧化物半导体中的缺陷，包括热退火22, 23, 24、化学处理25, 26, 27以及等离子体处理28, 29, 30, 31, 32, 33。热退火通过促进原子扩散来改变缺陷密度并提高材料结晶度，常用于缺陷控制。在富氧环境中退火可以显著减少氧空位，因为氧原子会扩散进入晶格，从而抑制电荷复合并稳定电学性能；而在还原性气氛（如氢气或氮气）中退火则会增加氧空位浓度。退火温度和持续时间对缺陷动态起着关键作用：较高温度有助于晶粒生长并减少晶界散射，提高载流子迁移率；但长时间退火可能导致过度扩散，从而降低薄膜均匀性34, 35, 36。快速热退火（RTA）通过最小化不良扩散效应同时改善薄膜结晶度和电学性能，提供了一种可控的缺陷工程方法37, 38。化学处理通过溶液处理改变表面化学性质和体缺陷状态，也是一种替代方法。氧化剂（如过氧化氢H2O2）可以通过向晶格中引入氧原子来有效钝化氧空位，从而减少载流子复合并提高光电性能[25]。类似地，酸或碱处理可以选择性地去除不需要的杂质、蚀刻表面缺陷并调整化学计量比，以实现所需的电学特性39, 40, 41。等离子体处理因其能够精确且低温地控制缺陷密度和类型而成为一种多功能技术。涉及高能离子和活性自由基的等离子体处理可以详细修饰薄膜的结构和电子性质28, 29, 30。例如，氧等离子体处理通过注入高能氧离子和自由基与薄膜表面反应，填充空位，从而提高结构稳定性和电学性能。通过仔细选择等离子体气体、射频功率和曝光时间，等离子体处理可以为氧化物半导体中的缺陷工程提供高度可调的方法，从而显著提升电子和光子器件的性能。
在本研究中，我们利用等离子体处理对ZnO薄膜进行缺陷工程，以提升紫外线光电探测器的性能。采用金属-半导体-金属（MSM）结构并设置两个欧姆接触点，我们研究了Ar、O2、CF4和Cl2等离子体处理对ZnO薄膜电学和光学特性的影响。我们通过系统分析表面粗糙度、功函数和带隙能量来阐明等离子体诱导改性的机制。这项研究有助于推进基于ZnO的光电探测器在环境监测、空间探索和高温传感等领域的应用，为优化缺陷状态和提升器件性能提供了宝贵的见解。
