WO3/β-Ga2O3 異質(zhì)結(jié)深紫外光電探測(cè)器的高溫性能*

張茂林 馬萬煜 王磊 劉增 楊莉莉 李山 唐為華 郭宇鋒

(南京郵電大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院,氧化鎵半導(dǎo)體創(chuàng)新中心,射頻集成與微組裝技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,南京 210023)

得益于高達(dá)4.8 eV 的禁帶寬度,超寬禁帶半導(dǎo)體氧化鎵(Ga2O3)在深紫外探測(cè)領(lǐng)域具有天然的優(yōu)勢(shì).考慮到光電探測(cè)器在高溫領(lǐng)域具有十分重要的用途,本文研究了一種WO3/β-Ga2O3 異質(zhì)結(jié)深紫外光電探測(cè)器以及高溫對(duì)其探測(cè)性能的影響.利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)制備了Ga2O3 薄膜,并采用旋涂和磁控濺射技術(shù)分別制備了WO3 薄膜和Ti/Au 歐姆電極.在室溫(300 K)下,該探測(cè)器的光暗電流比為3.05×106,響應(yīng)度為2.7 mA/W,探測(cè)度為1.51×1013 Jones,外量子效率為1.32%.隨著溫度的升高,器件的暗電流增加、光電流減少,導(dǎo)致上述光電探測(cè)性能的下降.為了理清高溫環(huán)境下探測(cè)性能退化的內(nèi)在物理機(jī)制,研究了溫度對(duì)光生載流子產(chǎn)生—復(fù)合過程的影響,繼而闡明了高溫對(duì)光電流增益機(jī)制的影響.研究發(fā)現(xiàn),WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器能夠在450 K 的高溫環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自供電工作,表明全氧化物異質(zhì)結(jié)探測(cè)器在惡劣探測(cè)環(huán)境中具有應(yīng)用潛力.

1 引言

深紫外光電探測(cè)器是民用和軍事應(yīng)用中的重要器件,在導(dǎo)彈預(yù)警、臭氧空洞監(jiān)測(cè)、安全通信、深空探測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用[1-4].得益于高達(dá)4.8 eV的禁帶寬度及可調(diào)控的材料特性,β-Ga2O3是制造深紫外光電探測(cè)器的理想材料之一[5].基于β-Ga2O3的多種深紫外光電探測(cè)器,如金屬半導(dǎo)體金屬(MSM)、肖特基二極管(SBD)、異質(zhì)結(jié)器件等[6-24]均得到報(bào)道,并展現(xiàn)出優(yōu)異的探測(cè)性能.

異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器與MSM 以及肖特基光電探測(cè)器相比,具有低暗電流、高響應(yīng)速度、高響應(yīng)度和探測(cè)度等優(yōu)點(diǎn)[25-31].光生載流子在異質(zhì)結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下進(jìn)行輸運(yùn),從而器件能夠在零偏壓下工作,即成為一種自供電型光電探測(cè)器.同時(shí),通過調(diào)節(jié)異質(zhì)結(jié)的勢(shì)壘高度,可以控制光生載流子的傳輸,并在外加偏壓下通過碰撞電離過程實(shí)現(xiàn)載流子倍增,從而實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè).這些特點(diǎn)為開發(fā)高效、低功耗的深紫外光電探測(cè)器提供了可能.目前,研究人員已開發(fā)出多種基于β-Ga2O3的異質(zhì)結(jié)自供電光電探測(cè)器.例如,Wu 等[32]提出了一種β-Ga2O3/Ga: ZnO 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器,其響應(yīng)度為0.763 mA/W,開關(guān)比為127,上升/下降時(shí)間分別 為0.179 s 和0.272 s.Zhuo 等[14]提出了一種MoS2/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器,其在零偏壓下響應(yīng)度為2.05 mA/W,探測(cè)度為1.21×1011Jones,該器件性能優(yōu)于報(bào)道的其他β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器,為設(shè)計(jì)高性能自供電日盲探測(cè)器提供了指導(dǎo).

當(dāng)前,光電探測(cè)器需要面對(duì)的一個(gè)挑戰(zhàn)是在高溫環(huán)境下的工作能力.火焰檢測(cè)、深空探測(cè)等應(yīng)用通常伴隨著高溫環(huán)境[33,34],因而對(duì)深紫外光電探測(cè)器的高溫工作能力提出了新的挑戰(zhàn).β-Ga2O3基器件具有高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,因此能夠適用于高溫應(yīng)用.Nakagomi 等[35]提出了一種β-Ga2O3/p型4H-SiC 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器,器件在500 ℃下的整流比約為103.

為進(jìn)一步探索Ga2O3在高溫深紫外探測(cè)中的潛力,本文提出了一種WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器,并研究了溫度對(duì)其深紫外探測(cè)性能的影響.具有低成本、納米結(jié)構(gòu)、工藝簡(jiǎn)單以及較高的化學(xué)穩(wěn)定性和透明性等特點(diǎn)的WO3材料[36-41],其與β-Ga2O3共同構(gòu)成的全氧化物光電探測(cè)器相較于diamond/Ga2O3,AlN/Ga2O3,SiC/Ga2O3等異質(zhì)結(jié)具備性能優(yōu)勢(shì).本文利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)在藍(lán)寶石襯底上異質(zhì)生長(zhǎng)氧化鎵外延薄膜,并通過旋涂WO3納米顆粒來構(gòu)建WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié).通過在不同環(huán)境溫度下進(jìn)行電流-電壓(I-V)和電流-時(shí)間(I-t)測(cè)量,提取光暗電流比、響應(yīng)度、探測(cè)度、外量子效率等參數(shù),以評(píng)估WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)的深紫外探測(cè)性能和高溫穩(wěn)定性.

2 研究方法

本文所提出的WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示.首先采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)在2 in (1 in=2.54 cm)(0001)晶向的藍(lán)寶石(Al2O3)襯底上生長(zhǎng)β-Ga2O3薄膜,使用三乙基鎵(TEGa,99.9999%)和氧氣(O2,99.9999%)作為Ga 源和O 源,氬氣(Ar)作為TEGa 的載氣.薄膜生長(zhǎng)溫度設(shè)定為860 ℃,壓力為100 Torr (1 Torr=133.32 Pa),薄膜生長(zhǎng)速率約為1 μm/h.隨后,通過旋涂WO3納米顆粒溶液來形成WO3薄膜,并在100 ℃環(huán)境下退火20 min.采用磁控濺射沉積Ti/Au (30 nm/70 nm)電極,電極形狀為1 mm×1 mm 的方形電極,并在480 ℃下退火1 min,使得Ti/Au 電極與兩種半導(dǎo)體之間形成更好的歐姆接觸.采用 keysight B1505A 和高溫探針臺(tái)進(jìn)行I-V和I-t測(cè)量,通過使用254 nm紫外光源,并改變光源和樣品之間的距離來調(diào)節(jié)探測(cè)器表面接收到的紫外光強(qiáng),從而獲得WO3/β-Ga2O3探測(cè)器的深紫外探測(cè)性能及其溫度特性.

圖1 (a) WO3/β-Ga2O3 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖;(b) WO3 表面的SEM 圖;(c) WO3 表面XPS 圖;(d),(e) W 4f5/2,W 4f7/2和O 1s 的結(jié)合能Fig.1.(a) Schematic diagram of WO3/β-Ga2O3 heterojunction PD;(b) SEM image of the WO3 surface;(c) XPS spectrum of the WO3 thin film;(d),(e) binding energies for W 4f5/2,W 4f7/2 and O 1s,respectively.

3 結(jié)果與討論

為探究WO3納米顆粒的形態(tài),將原始的WO3溶液與異丙醇按1∶40 的體積比稀釋后旋涂在硅襯底上.如圖1(b)所示,WO3薄膜表面顯示出均勻的晶粒,晶粒大小約為40—80 nm.圖1(c)為WO3薄膜的X 射線光電子能譜(XPS).進(jìn)一步地,如圖1(d),(e)所示,W 4f5/2,W 4f7/2和O 1s 的結(jié)合能分別為37.97,35.82 和530.47 eV.上述結(jié)果證明了WO3薄膜的成功制備.所制備的β-Ga2O3與WO3薄膜的吸收光譜如圖2(a),(b)所示,兩者截止波長(zhǎng)分別為249 和327 nm.根據(jù)(1)式:

圖2 (a) β-Ga2O3 薄膜的吸收光譜;(b) WO3 薄膜的吸收光譜;(c) WO3/β-Ga2O3 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的響應(yīng)度光譜Fig.2.(a) UV-vis absorbance spectrum of the β-Ga2O3 film;(b) UV-vis absorbance spectrum of the WO3 film;(c) spectrem responsivity of the WO3/β-Ga2O3 photodetector.

其中α為吸收系數(shù),h為普朗克常數(shù),ν為入射光頻率,C為常數(shù),Eg為帶隙.如圖2(a)和圖2(b)內(nèi)插圖所示,可以算出β-Ga2O3與WO3的帶隙分別為4.98 和3.79 eV.WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)的響應(yīng)度光譜如圖2(c)所示,可以觀察到僅在UVC 波段存在一個(gè)響應(yīng)峰值.由于光生載流子的主要來源是耗盡區(qū)域,這表明光生載流子主要來自β-Ga2O3.并且,該結(jié)果也能說明WO3的載流子濃度高于β-Ga2O3.

為了研究WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的光電性能,測(cè)量了該器件的I-V特性,如圖3(a),(b)所示.圖3(a)為300—450 K 下的暗電流(Idark)特性對(duì)比.在300—375 K 的溫度范圍內(nèi),器件的暗電流均小于1.3 pA,表明WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)的寬帶隙和內(nèi)建勢(shì)壘具有抑制暗電流的作用.當(dāng)溫度達(dá)到400 K 時(shí),能觀察到暗電流隨溫度的升高而增大.熱激發(fā)可能導(dǎo)致暗電流的提高,即隨著溫度的升高,更多的載流子能夠躍遷到導(dǎo)帶中并形成暗電流.另一個(gè)重要原因是Shockley-Read-Hall (SRH)產(chǎn)生-復(fù)合機(jī)制隨著溫度的升高而進(jìn)一步得到增強(qiáng).具體到本文所提出的器件,暗電流主要來自于WO3/β-Ga2O3所形成的耗盡區(qū),隨著溫度的提高,耗盡區(qū)載流子生成率增大,從而導(dǎo)致暗電流的升高[42].由于晶體缺陷及界面缺陷會(huì)形成大量的復(fù)合中心,這些復(fù)合中心對(duì)SRH 過程有著顯著的影響[43],進(jìn)一步優(yōu)化晶體及界面質(zhì)量將有望改善暗電流的溫度依賴性.

圖3 (a) 黑暗下的I-V 特性;(b) 光照下的I-V 特性;(c) WO3/β-Ga2O3 異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)Fig.3.(a) I-V characteristics in the dark;(b) I-V characteristics under illuminations;(c) band structure of WO3/β-Ga2O3 heterojunction.

圖3(b)為不同溫度下的光電流(Iphoto)特性對(duì)比,在測(cè)量過程中光強(qiáng)固定為211 μW/cm2.在300 K 下以及偏壓為0 V 和5 V 時(shí),器件的光電流分別為3.05 和72.05 nA,表明探測(cè)器具有出色的光電性能.隨著溫度的升高,光電流逐漸降低,在400—450 K 區(qū)間內(nèi)光電流下降趨于平緩.450 K下偏壓為0 V 和5 V 時(shí)對(duì)應(yīng)的光電流分別為0.14和2.04 nA,而偏壓為0 V 時(shí)的光電流則為室溫下的4%.導(dǎo)致Iphoto降低的原因可能為遷移率μ的下降和增強(qiáng)的SRH 復(fù)合機(jī)制.隨著溫度的升高,晶格振動(dòng)散射增強(qiáng),引起遷移率的下降和載流子傳輸效率的降低,更多的載流子將在輸運(yùn)至電極前被復(fù)合.其次,增強(qiáng)的SRH 機(jī)制使得載流子復(fù)合速率增大,光生非平衡電子和空穴的壽命降低,可被電極收集到的載流子數(shù)量減少,從而導(dǎo)致光電流的下降.在各個(gè)溫度下我們都可以觀察到顯著的光電流的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,偏移電壓約為0.25—0.35 V,表明該探測(cè)器具備自驅(qū)動(dòng)的特性.

為進(jìn)一步說明該器件的自驅(qū)動(dòng)機(jī)理,圖3(c)為WO3和β-Ga2O3的能帶結(jié)構(gòu)示意圖.所采用的WO3和β-Ga2O3材料均未進(jìn)行有意摻雜,但由于材料中無法避免的缺陷態(tài)和氧空位等因素,WO3和β-Ga2O3通常為n 型半導(dǎo)體[44-47].根據(jù)能帶數(shù)據(jù)[48,49],WO3和β-Ga2O3的電子親和能分別為3.3和4.0 eV.由于前文提到WO3的載流子濃度高于β-Ga2O3,因此WO3的費(fèi)米能級(jí)高于β-Ga2O3.WO3和β-Ga2O3接觸后形成產(chǎn)生的費(fèi)米能級(jí)差異,WO3中的電子向β-Ga2O3中移動(dòng),從而形成內(nèi)建勢(shì)壘并阻止電子繼續(xù)轉(zhuǎn)移,直到WO3和β-Ga2O3體系形成統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí).具體地,受到深紫外光照射時(shí),WO3和β-Ga2O3將吸收光子,激發(fā)電子從價(jià)帶頂躍遷至導(dǎo)帶底,同時(shí)由光子激發(fā)的電子-空穴對(duì)會(huì)被內(nèi)建電場(chǎng)快速分離,電子從β-Ga2O3的導(dǎo)帶底流向WO3,空穴則從WO3的價(jià)帶頂流向β-Ga2O3.異質(zhì)結(jié)內(nèi)建勢(shì)壘或內(nèi)建電場(chǎng)的特性使得器件能夠在零偏壓下工作,并實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)工作.當(dāng)深紫外光照結(jié)束后,載流子將通過復(fù)合中心進(jìn)行快速復(fù)合,器件電流也將快速衰減.值得注意的是,從圖3(a)可以看出,WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)幾乎不存在整流特性,該現(xiàn)象同樣能夠借助能帶圖進(jìn)行解釋,圖3(c)中WO3/β-Ga2O3界面處形成了正尖峰勢(shì)壘,根據(jù)異質(zhì)結(jié)的載流子輸運(yùn)理論,正尖峰勢(shì)壘的形成將導(dǎo)致異質(zhì)結(jié)整流特性的消失[50].

提取不同光強(qiáng)(50,72,110,157,211 μW/cm2)下0 V 電壓對(duì)應(yīng)的Iphoto和Idark隨溫度的變化趨勢(shì)如圖4(a)所示.Idark隨溫度的上升呈現(xiàn)出先慢后快的上升趨勢(shì),而在所有溫度下,隨著光強(qiáng)的增大,Iphoto均呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì).這是由于光強(qiáng)的增大導(dǎo)致更多光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮?空穴對(duì),從而形成更高的Iphoto.此外,當(dāng)溫度在300—400 K 內(nèi)時(shí),觀察到Iphoto有較明顯的下降趨勢(shì).當(dāng)溫度升高到425—450 K 時(shí),Iphoto的退化趨于平穩(wěn),在這種條件下可觀察到相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài).進(jìn)一步提取了光暗電流比(PDCR)、響應(yīng)度(R)、探測(cè)度(D*)和外量子效率(EQE),以評(píng)估WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)的光電檢測(cè)性能,通過(2)式—(5)式來提取:

圖4 不同溫度下WO3/β-Ga2O3 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的性能 (a)光電流和暗電流;(b)光暗電流比;(c)響應(yīng)度;(d) 外量子效率Fig.4.WO3/β-Ga2O3 heterojunction photodetector at different temperatures: (a) Photocurrent and dark current;(b) photo-to-dark current ratio;(c) responsivity;(d) external quantum efficiency.

其中P為光強(qiáng),S為有效受光面積,e為單電荷量,h為普朗克常數(shù),c為光速,λ為波長(zhǎng).圖4(b)對(duì)比了不同溫度下和不同光強(qiáng)下的光暗電流比.在300 K時(shí),光暗電流比最高可達(dá)3.05×106.當(dāng)溫度提升至為375 K 時(shí),光暗電流比降低至4×104,即使在450 K 的溫度下,光暗電流比仍高于4×102,表明該WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器在高溫下也能實(shí)現(xiàn)有效的深紫外探測(cè).

圖4(c)為各個(gè)溫度下器件的響應(yīng)度.器件有效的受光面積S為1 mm2,光照強(qiáng)度分別為50,72,110,157,211 μW/cm2.在室溫下,響應(yīng)度最高值為2.7 mA/W.由于有效受光面積不變,因此響應(yīng)度主要取決于Iphoto和Idark的值.隨著溫度的升高,Iphoto下降導(dǎo)致響應(yīng)度逐漸惡化.同時(shí),響應(yīng)度隨著光強(qiáng)的增大而降低,這是由于高光強(qiáng)下的自熱增強(qiáng)了載流子的散射概率,且在高載流子濃度下,復(fù)合的可能性得到提高.同時(shí),通過(4)式獲得了探測(cè)器的探測(cè)度,在300 K 以及50 μW/cm2的光強(qiáng)下,探測(cè)度為1.51×1013Jones,體現(xiàn)了器件探測(cè)微弱光信號(hào)的潛力.圖4(d)為外量子效率隨溫度及光強(qiáng)的變化情況.在300 K 下,外量子效率達(dá)到了1.32%.與響應(yīng)度和溫度的關(guān)系類似,外量子效率隨著溫度的升高而降低.表1 為不同類型的氧化鎵異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器性能比較,可以看出WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器具有更優(yōu)的探測(cè)性能.

表1 不同Ga2O3 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器性能比較Table 1.Comparison of performance for several Ga2O3 heterojunction photodetectors.

除I-V特性外,I-t響應(yīng)也是衡量探測(cè)器性能的重要指標(biāo),能夠反映其動(dòng)態(tài)工作時(shí)的光電探測(cè)性能.圖5(a)—(g)為不同溫度下WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的I-t特性曲線.在動(dòng)態(tài)測(cè)試中,偏置電壓設(shè)定為0 V,深紫外光源的開啟和關(guān)閉時(shí)間均為6 s,在每個(gè)溫度下分別采用大小為50,72,110,157,211 μW/cm2的光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)試.如圖5 所示,所有溫度下探測(cè)器均輸出了平滑的I-t曲線,光電流隨著光強(qiáng)的增大而上升,表明器件在高溫環(huán)境下仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自供電探測(cè).但與前述I-V曲線類似,動(dòng)態(tài)開關(guān)時(shí)的光電流隨著溫度的升高而下降,并在425—450 K 時(shí)下降趨于飽和.

圖5 (a)—(g) WO3/β-Ga2O3 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器在不同溫度下的I-t 特性曲線;(h) 上升與下降時(shí)間隨溫度的變化Fig.5.(a)—(g) I-t curves of the WO3/β-Ga2O3 heterojunction PD with various temperatures;(h) variation of rise and fall times with temperature.

探測(cè)器的帶寬較大程度上取決于其響應(yīng)時(shí)間,也即上升時(shí)間和下降時(shí)間.上升時(shí)間(τr)為電流從10%增長(zhǎng)到90%所需的時(shí)間,下降時(shí)間(τf)為器件電流從90%下降到10%所需的時(shí)間.如圖5(h)所示,在室溫下,τr和τf分別為0.51 s 和0.22 s.隨著溫度的升高,τr和τf逐漸縮短,即響應(yīng)速度逐漸加快.在450 K 下,τr和τf分別為0.24 s 和0.04 s.正如前面所提到的,隨著溫度升高,載流子壽命降低,復(fù)合速率提高,因此單位時(shí)間內(nèi)能夠復(fù)合更多的電子-空穴對(duì),進(jìn)而導(dǎo)致上升和下降響應(yīng)時(shí)間的縮短[43,57].

眾所周知,探測(cè)器的增益和帶寬存在折衷關(guān)系,反映在材料層面則是載流子復(fù)合過程與載流子輸運(yùn)過程之間的競(jìng)爭(zhēng).當(dāng)載流子復(fù)合效率遠(yuǎn)大于輸運(yùn)效率時(shí),載流子傾向于復(fù)合而非輸運(yùn)到電極形成光電流,此時(shí)器件響應(yīng)時(shí)間和光電流均有所降低,反之亦然.隨著工作溫度的提高,復(fù)合壽命和遷移率均有著不同程度的降低,載流子復(fù)合過程逐漸成為主導(dǎo)機(jī)制,從而引起探測(cè)器性能的變化.

對(duì)于室溫探測(cè)應(yīng)用,研究者們能夠通過優(yōu)化材料生長(zhǎng)來調(diào)節(jié)少數(shù)載流子壽命,改變器件結(jié)構(gòu)來調(diào)控載流子輸運(yùn)效率,從而滿足增益和帶寬指標(biāo).而對(duì)于高溫探測(cè)應(yīng)用,則要求器件的探測(cè)性能盡可能地穩(wěn)定,從而要求載流子產(chǎn)生-復(fù)合過程盡可能不隨溫度變化而改變.由于以Ga2O3為代表的氧化物半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)技術(shù)仍未成熟,材料中大量的缺陷將在禁帶中形成復(fù)合中心能級(jí),使得SRH 成為主要的產(chǎn)生-復(fù)合過程,而SRH 過程極易受到溫度的影響,也因此基于氧化物的光電探測(cè)器在高溫下往往會(huì)發(fā)生性能漂移.對(duì)于異質(zhì)結(jié)探測(cè)器而言,該效應(yīng)尤為明顯,這是由于材料本身不僅存在復(fù)合中心,異質(zhì)結(jié)的界面也存在著顯著的晶格失配,因此界面態(tài)對(duì)SRH 過程的影響可能強(qiáng)于體內(nèi)的復(fù)合中心.

通過上述研究不難發(fā)現(xiàn),WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)探測(cè)器具備較高的深紫外探測(cè)性能,該探測(cè)器能夠在高溫環(huán)境下正常工作,但其探測(cè)性能隨溫度的升高而發(fā)生不同程度的偏移,且偏移程度大于光電導(dǎo)探測(cè)器[58],這表明受限于制備技術(shù),WO3/β-Ga2O3界面態(tài)密度較高.在后續(xù)工作中,通過優(yōu)化晶體質(zhì)量及制備技術(shù),有望實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的高溫探測(cè).

4 結(jié)論

本文提出一種WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器,并研究了其光電性能的溫度依賴性.得益于異質(zhì)結(jié)形成的內(nèi)建電場(chǎng),該探測(cè)器可以在零偏壓下自驅(qū)動(dòng)工作.在室溫下,探測(cè)器的光暗電流比為3.05×106,響應(yīng)度為2.7 mA/W,外量子效率為1.32%,探測(cè)度為1.51×1013Jones,但這些性能均隨溫度升高而下降.考慮到溫度對(duì)SRH 復(fù)合過程的影響,討論了溫度對(duì)探測(cè)器內(nèi)部的載流子產(chǎn)生-復(fù)合過程的調(diào)控機(jī)制,進(jìn)而闡明了探測(cè)性能高溫漂移的內(nèi)在本質(zhì).研究發(fā)現(xiàn),WO3/β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器能在450 K 的溫度下能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的自供電深紫外探測(cè),為開發(fā)惡劣環(huán)境下的光電探測(cè)應(yīng)用提供了一種可行的技術(shù)路徑.