Sn掺杂诱导的Ga2O3深紫外光电探测器界面势垒高度调节

通过调节氧空位浓度优化Sn掺杂Ga?O?薄膜的Ti/Sn-Ga?O?界面Schottky势垒，显著提升光电探测器响应度（1880 mA/W）和检测度（1.44×1013 Jones），并降低暗电流（28.4 pA）。研究证实掺杂浓度与氧空位协同调控是高性能器件的关键。

　　

摘要

通过可调元素掺杂来优化器件性能是半导体技术中的一个吸引人的方面。与重掺杂相比，轻掺杂更高效，并且能够精确调控材料属性和调整能带结构。在本研究中，采用了一种简便的等离子体增强化学气相沉积技术制备了一系列掺锡的Ga₂O₃薄膜（Sn:Ga=0–1.14 at.%）。通过改变氧空位（O_II）的浓度，可以调节这些薄膜的导电性以及Ti/Sn-Ga₂O₃界面处观察到的非典型肖特基型结行为，进而影响载流子传输过程和相应的Au/Ti/Sn-Ga₂O₃/Ti/Au光电探测器的检测性能。值得注意的是，当O_II浓度增加到38.88%时，界面肖特基势垒高度降至0.54 eV，这促进了电子隧穿效应，使器件的响应度提升至1880 mA/W。相反，当O_II浓度降低到30%时，势垒高度增加（0.70 eV），这限制了暗电流（28.4 pA），同时将检测灵敏度提高到1.44×10¹³ Jones，光电流与暗电流的比值提高到3.42×10⁴。这项研究强调了在掺杂浓度与性能优化之间取得平衡的重要性，并展示了界面工程在调控电子传输行为和器件性能方面的巨大潜力。

通过可调元素掺杂来优化器件性能是半导体技术中的一个吸引人的方面。与重掺杂相比，轻掺杂更高效，并且能够精确调控材料属性和调整能带结构。在本研究中，采用了一种简便的等离子体增强化学气相沉积技术制备了一系列掺锡的Ga₂O₃薄膜（Sn:Ga=0–1.14 at.%）。通过改变氧空位（O_II）的浓度，可以调节这些薄膜的导电性以及Ti/Sn-Ga₂O₃界面处观察到的非典型肖特基型结行为，进而影响载流子传输过程和相应的Au/Ti/Sn-Ga₂O₃/Ti/Au光电探测器的检测性能。值得注意的是，当O_II浓度增加到38.88%时，界面肖特基势垒高度降至0.54 eV，这促进了电子隧穿效应，使器件的响应度提升至1880 mA/W。相反，当O_II浓度降低到30%时，势垒高度增加（0.70 eV），这限制了暗电流（28.4 pA），同时将检测灵敏度提高到1.44×10¹³ Jones，光电流与暗电流的比值提高到3.42×10⁴。这项研究强调了在掺杂浓度与性能优化之间取得平衡的重要性，并展示了界面工程在调控电子传输行为和器件性能方面的巨大潜力。