一種能夠在日光下工作而不受可見光干擾的紫外光探測(cè)器。日盲紫外探測(cè)器對(duì)可見光具有很低的響應(yīng)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、太陽(yáng)輻射測(cè)量、航天科學(xué)、太陽(yáng)能電池優(yōu)化和軍事應(yīng)用等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。由于紫外光在很多領(lǐng)域中具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值，日盲紫外探測(cè)器的發(fā)展對(duì)于提高測(cè)量的精確性和可靠性具有重要意義。

近日，“2023功率與光電半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)及集成應(yīng)用論壇”于西安召開。論壇由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）指導(dǎo)，西安交通大學(xué)、極智半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)（www.casmita.com）、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主辦，西安電子科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟人才發(fā)展委員會(huì)、全國(guó)半導(dǎo)體應(yīng)用產(chǎn)教融合（東莞）職業(yè)教育集團(tuán)聯(lián)合組織、西安和其光電股份有限公司等單位協(xié)辦。

期間，“平行論壇2：光電子器件及應(yīng)用”上，中山大學(xué)裴艷麗教授帶來了“基于ε-Ga2O3的日盲紫外探測(cè)器件研究”的主題報(bào)告。報(bào)告中介紹，日盲紫外探測(cè)器在軍事和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，選擇合適的材料是實(shí)現(xiàn)日盲特性的關(guān)鍵之一。氧化鎵（Ga2O3）的禁帶寬度可高達(dá)5eV，作為超寬帶隙半導(dǎo)體材料，無需進(jìn)行能帶調(diào)控，即可進(jìn)行日盲紫外波段的探測(cè)，加之優(yōu)異的化學(xué)、物理性質(zhì)使得氧化鎵材料成為研制日盲紫外探測(cè)器的天然材料，無論國(guó)防還是民用領(lǐng)域都有著急切需求。

氧化鎵擁有五種同分異構(gòu)體，分別為α, β, γ, δ, 和 ε。相比于穩(wěn)定的β相氧化鎵，其中具有正交結(jié)構(gòu)的ε相氧化鎵晶體對(duì)稱性更好，可以在商用襯底如SiC、GaN、藍(lán)寶石等單晶襯底上進(jìn)行大面積異質(zhì)外延，降低氧化鎵基紫外探測(cè)器的成本，并且有望通過與GaN， AlN等相結(jié)合構(gòu)建高性能日盲紫外探測(cè)器。

同時(shí)，ε氧化鎵是一種鐵電半導(dǎo)體，具有非常強(qiáng)的自發(fā)極化，這也將為新型日盲紫外探測(cè)器的設(shè)計(jì)提供新思路。目前，ε氧化鎵的高質(zhì)量制備和探測(cè)器應(yīng)用研究尚不成熟。

研究基于MOCVD的方法在藍(lán)寶石襯底上制備高質(zhì)量的ε氧化鎵，研究制備工藝、后退火，以及F離子表面處理等多種手段對(duì)ε氧化鎵日盲紫外探測(cè)性能的影響，揭示外延層缺陷、器件表面特性等影響探測(cè)性能的機(jī)制，為ε氧化鎵基日盲紫外探測(cè)器的發(fā)展提供實(shí)驗(yàn)和理論支撐。

研究采用兩步法MOCVD外延了ε氧化鎵，并對(duì)比了H2O和N2O作為氧源對(duì)紫外探測(cè)性能的影響。XRD、AFM、CL等手段分析表明，H2O作為氧源可提高結(jié)晶質(zhì)量，降低缺陷密度，并獲得了光暗電流比（PDCR）為1.0×103，響應(yīng)上升時(shí)間0.55 s, 衰減時(shí)間為0.58 s/3.14s的紫外探測(cè)性能。700度以上高溫后退火，發(fā)生相轉(zhuǎn)變，探測(cè)器性能劣化。

低溫退火可有效的消除氧空位等點(diǎn)缺陷，降低暗電流，改善光暗電流比和響應(yīng)時(shí)間特性。經(jīng)過640度退火的日盲紫外探測(cè)器，暗電流降低至0.069pA，拒絕比（Rpeak/R400）達(dá)到2.4×104, 光暗電流比達(dá)到3×105。F表面處理在表面引入二維電子氣，改善探測(cè)器歐姆接觸特性，同時(shí)表面的電子勢(shì)井，改善器件的響應(yīng)時(shí)間，顯著增加探測(cè)靈敏度和提高增益。

審核編輯：劉清