WO3/b-Ga2O3异质结深紫外光电探测器的高温性能*张茂林马万煜王磊刘增杨莉莉李山唐为华†郭宇锋‡(南京邮电大学集成电路科学与工程学院,氧化镓半导体创新中心,射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室,南京210023)(2023年4月19日收到;2023年6月5日收到修改稿)得益于高达4.8eV的禁带宽度,超宽禁带半导体氧化镓(Ga2O3)在深紫外探测领域具有天然的优势.考虑到光电探测器在高温领域具有十分重要的用途,本文研究了一种WO3/b-Ga2O3异质结深紫外光电探测器以及高温对其探测性能的影响.利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术制备了Ga2O3薄膜,并采用旋涂和磁控溅射技术分别制备了WO3薄膜和Ti/Au欧姆电极.在室温(300K)下,该探测器的光暗电流比为3.05×106,响应度为2.7mA/W,探测度为1.51×1013Jones,外量子效率为1.32%.随着温度的升高,器件的暗电流增加、光电流减少,导致上述光电探测性能的下降.为了理清高温环境下探测性能退化的内在物理机制,研究了温度对光生载流子产生—复合过程的影响,继而阐明了高温对光电流增益机制的影响.研究发现,WO3/b-Ga2O3异质结光电探测器能够在450K的高温环境中实现稳定的自供电工作,表明全氧化物异质结探测器在恶劣探测环境中具有应用潜力.关键词：b-Ga2O3,WO3,深紫外探测,高温PACS：02.10.Yn,33.15.Vb,98.52.Cf,78.47.dcDOI:10.7498/aps.72.202306381引言深紫外光电探测器是民用和军事应用中的重要器件,在导弹预警、臭氧空洞监测、安全通信、深空探测等领域具有广泛应用[1−4].得益于高达4.8eV的禁带宽度及可调控的材料特性,b-Ga2O3是制造深紫外光电探测器的理想材料之一[5].基于b-Ga2O3的多种深紫外光电探测器,如金属半导体金属(MSM)、肖特基二极管(SBD)、异质结器件等[6−24]均得到报道,并展现出优异的探测性能.异质结光电探测器与MSM以及肖特基光电探测器相比,具有低暗电流、高响应速度、高响应度和探测度等优点[25−31].光生载流子在异质结内建电场的作用下进行输运,从而器件能够在零偏压下工作,即成为一种自供电型光电探测器.同时,通过调节异质结的势垒高度,可以控制光生载流子的传输,并在外加偏压下通过碰撞电离过程实现载流子倍增,从而实现单光子探测.这些特点为开发高效、低功耗的深紫外光电探测器提供了可能.目前,研究人员已开发出多种基于b-Ga2O3的异质结自供电光电探测器.例如,Wu等[32]提出了一种b-Ga2O3/Ga:ZnO异质结光电探测器,其响应度为0.763mA/W,开关比为127,上升/下降时间分别为0.179s和0.272s.Zhuo等[14]...
