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1研究背景
太阳盲紫外（DUV）光电探测器因其在200-280纳米波长范围内的卓越检测能力而受到广泛关注。β-Ga2O3作为一种超宽带隙半导体，因其稳定的晶体结构和约4.9电子伏特的宽带隙，成为太阳盲检测的理想材料。然而，β-Ga2O3在实际应用中受到内在缺陷和晶体质量不佳的限制。特别是，β-Ga2O3中存在大量的深能级缺陷氧空位（VO），这些缺陷导致电子和空穴的捕获，增加了暗电流，降低了光电探测器的性能。为了克服这些挑战，研究人员探索了多种方法来提高β-Ga2O3的晶体质量和光电性能。其中，通过掺杂策略来减少VO的形成和调节能带结构被认为是一种有效的方法。在这项研究中，研究人员采用Zr掺杂策略，成功合成了高质量的β-Ga2O3，并基于此材料制备了Cu2O/β-Ga2O3异质结光电探测器。
2成果简介
在这项研究中，研究人员通过磁控溅射法在室温下成功合成了掺杂Zr的β-Ga2O3薄膜，并形成了Cu2O/β-Ga2O3:Zr异质结光电探测器。通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析，研究人员证实了Ga2O3:Zr薄膜的高质量晶体结构和良好的表面形貌。X射线光电子能谱（XPS）分析显示，Ga2O3:Zr薄膜中氧空位的浓度显著降低，这有助于减少暗电流并提高光电转换效率。研究人员进一步通过能带结构分析，揭示了Cu2O/β-Ga2O3:Zr异质结在界面处形成的内建电场，这一电场有助于光生电子-空穴对的快速分离，从而提高了光电探测器的响应速度。实验结果表明，该探测器在254纳米波长下的光电流响应达到了3×10^5的高比值，显示出优异的低强度深紫外信号检测能力。3图文导读
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图1 单 (a) Cu2O/Ga2O3和Cu2O/Ga2O3:Zr异质结光电探测器（HJPD）的X射线衍射（XRD）图谱。(b) Ga2O3:Zr薄膜的扫描电子显微镜（SEM）图像，插图是Cu2O/Ga2O3:Zr HJPD的横截面SEM图像。![]()
图2 (a) Ga2O3:Zr的X射线光电子能谱（XPS）概览图。(b) Ga2O3:Zr薄膜的O 1s XPS谱图，(c) Ga 3d XPS谱图，以及(d) Zr 3d XPS谱图。(e) Ga2O3薄膜的O 1s XPS谱图和(f) Ga 3d XPS谱图![]()
图3 (a) Ga2O3:Zr薄膜的紫外-可见吸收光谱，插图是Ga2O3:Zr薄膜的透射光谱。(b) Ga2O3:Zr薄膜的(αhν)²与hν的Tauc图。![]()
图4 (a) Cu2O/Ga2O3:Zr HJPD的示意图。(b) 在暗条件下，Au/Ti-Cu2O-Ti/Au和Au/Ti-Ga2O3:Zr-Ti/Au的电流-电压（I-V）特性曲线。(c) Cu2O/Ga2O3:Zr HJPD在暗态、254 nm和365 nm光照下的I-V特性曲线。![]()
图5 (a) Cu2O/Ga2O3:Zr HJPD在暗态和254 nm光照下的不同光强度下的I-V特性曲线。(b) 在-5 V偏压下，光电流作为光强度的函数。(c) 254 nm光照下Cu2O/Ga2O3:Zr HJPD的时间依赖性光响应。(d) 光响应上升/衰减边缘的放大区域。 4小结
这项研究通过Zr掺杂策略成功提高了β-Ga2O3的质量，并基于此材料制备了高性能的Cu2O/β-Ga2O3:Zr异质结光电探测器。该探测器在254纳米波长下的光电流响应达到了3×10^5的高比值，显示出优异的低强度深紫外信号检测能力。此外，该探测器的响应速度达到了15毫秒，衰减时间为8毫秒，显示出快速的光电响应特性。这些结果表明，Cu2O/β-Ga2O3:Zr异质结光电探测器在太阳盲紫外探测领域具有巨大的应用潜力。文献：
https://doi.org/10.1021/acsami.4c12331
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