日盲紫外光電探測(cè)器在民生（如電網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)、環(huán)境與生化檢測(cè)、森林火災(zāi)告警、醫(yī)學(xué)成像等）領(lǐng)域有重要應(yīng)用，是世界各國(guó)競(jìng)相研發(fā)的焦點(diǎn)。氧化鎵具有寬帶隙（可至4.9 eV）、地殼豐度較高（中國(guó)鎵儲(chǔ)量全球第一）、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢(shì)，是理想的日盲（截止波長(zhǎng)～280 nm，對(duì)應(yīng)光子能量～4.42 eV）探測(cè)有源層材料。目前，氧化鎵日盲紫外探測(cè)器已取得一些重要的進(jìn)展，但工藝溫度普遍較高。相比外延或多晶薄膜材料，非晶半導(dǎo)體薄膜可低溫、大面積均勻制備，為實(shí)現(xiàn)大面積柔性應(yīng)用，氧化鎵低溫制備技術(shù)的研發(fā)勢(shì)在必行。然而，非晶薄膜難以致密化，其微結(jié)構(gòu)和化學(xué)計(jì)量比難以有效調(diào)控，導(dǎo)致氧化鎵有源層內(nèi)載流子濃度和氧空位等缺陷難以調(diào)控，同時(shí)器件的光響應(yīng)度和響應(yīng)時(shí)間也難以協(xié)同提高。

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所科研團(tuán)隊(duì)近年來(lái)一直致力于氧化鎵薄膜及其日盲紫外探測(cè)器的制備及其物性的調(diào)控研究。前期，團(tuán)隊(duì)通過(guò)溶液法制備了具有較高紫外-可見(jiàn)抑制比的氧化鎵基探測(cè)器，其功耗可至pW量級(jí)。

近期，團(tuán)隊(duì)通過(guò)施加磁控濺射襯底偏壓輔助制備工藝，有效調(diào)控了非晶氧化鎵（a-GaOx）薄膜的表面粗糙度、相對(duì)質(zhì)量密度、折射率、帶隙和成分配比（鎵氧比）。在近室溫下制備的a-GaOx薄膜具有較少的各類(lèi)缺陷態(tài)，大幅提高了薄膜的致密度和載流子的遷移率，相應(yīng)日盲紫外探測(cè)器的光響應(yīng)度提高了460倍，并具有良好的光譜選擇性。

團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了金屬誘導(dǎo)低溫退火工藝，使得氧化鎵的結(jié)晶溫度降低200℃；提出了籽晶層和非平衡態(tài)聯(lián)合作用下的低溫誘導(dǎo)結(jié)晶機(jī)制，誘導(dǎo)后薄膜的致密度得到大幅提高，帶尾態(tài)、氧空位等缺陷態(tài)顯著降低，相應(yīng)光電薄膜晶體管探測(cè)器具有優(yōu)異的光譜選擇性，如圖1所示。

圖1 低溫結(jié)晶機(jī)理及探測(cè)器光電性能的測(cè)試

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專(zhuān)利

201811624877.2

202110538417.3

202111652029.4

項(xiàng)目支持

中科院國(guó)際伙伴計(jì)劃

浙江省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目

寧波市重大攻關(guān)

（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院寧波材料所、中國(guó)高科技）