近日，由國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）與第三代半導體產業技術創新戰略聯盟（CASA）主辦，南方科技大學微電子學院與北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司共同承辦的第十七屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA 2020）暨2020國際第三代半導體論壇（IFWS 2020）在深圳會展中心召開。

 

期間，德國愛思強股份有限公司協辦的“超寬禁帶半導體技術”分會上，湖北大學材料工程學院教授何云斌帶來了“高性能基于氧化鎵的日盲光電探測器的開發”的主題報告，從Ga2O3外延薄膜的制備、特性及PDs研究，基于超寬帶隙（ScGa）2O3合金薄膜的UV-PDs等角度分享了最新研究進展。

 

由于臭氧層吸收深紫外（太陽盲）光（l：200-280nm），太陽盲光探測器（PDs）是一種非常敏感的器件，在火焰傳感、導彈預警和空間通信等領域具有潛在的應用前景。傳統上，太陽能盲板PDs是基于硅的，硅的帶隙很窄（1.1eV），因此需要昂貴而笨重的Wood光學濾波器。
 

近年來，β-Ga2O3因其具有寬的直接禁帶（4.9ev）和良好的熱穩定性和化學穩定性而備受關注。薄膜型PDs是應用最廣泛的器件。眾所周知，薄膜器件的性能與薄膜的晶體質量密切相關，但由于缺乏匹配良好的異質外延襯底，難以獲得高晶體質量的外延β-Ga2O3薄膜。在目前用于生長Ga2O3薄膜的技術中，PLD是一種很有吸引力的制備高質量薄膜的方法。

 

在這項工作中，應用PLD技術在c藍寶石襯底上用β-Ga2O3陶瓷靶材在不同襯底溫度下生長了一系列高質量的（-201）取向β-Ga2O3薄膜。這些薄膜被用來制造具有Au/β-Ga2O3/Au結構的平面金屬-半導體-金屬（MSM）太陽盲PDs。研究發現，隨著生長溫度的升高，β-Ga2O3薄膜的晶體質量、O/Ga原子比和禁帶寬度都有所提高，導致PDs的暗電流峰值和響應時間顯著縮短。在700℃下生長的β-Ga2O3薄膜具有最佳的性能，10v下的低Idark為0.127na，峰值響應度為18.23a/W（255nm）。此外，PD的響應時間僅為0.062/0.379s。

 

在純Ga2O3薄膜和PDs研究的基礎上，進一步開發了過渡金屬取代的Ga2O3合金薄膜及其相關的PDs。結果表明，過渡金屬與氧之間的強結合導致Ga2O3合金中的氧空位（陷阱中心）大大減少。當過渡金屬含量較高時，合金薄膜的結晶質量下降，甚至變成非晶態，產生大量的復合中心，陷阱中心大大減少，這使得Ga2O3合金基PDs具有前所未有的性能。典型的光探測參數為10V時的Idark為0.11Pa，tdecay為17ms，10V（245nm波長）的響應度為112A/W，探測效率為4.45×1015Jones，代表了β-Ga2O3基MSM太陽盲光探測器的最新性能。
 

何云斌研究方向主要為寬禁帶半導體薄膜及紫外光電探測器、氧化物表界面物理與化學、低維鈣鈦礦材料與新型光電器件等。曾作為骨干完成德國工業合作研究、歐盟國際合作優先項目、美國能源部基礎研究、中國國家自然科學基金等多個項目的研究。作為負責人主持完成或在研國家自然科學基金面上（4項）、教育部博導基金、教育部留學人員回國啟動基金、湖北省自然科學杰出青年基金、湖北省技術創新重大項目、企業合作項目等近20項研究。至今發表學術論文160余篇，其中120余篇被SCI收錄，被SCI論文引用2300余次，H-指數：26；發表論文中含材料領域頂級期刊Nature Materials(影響因子：38.891) 1篇、綜合期刊Nat. Communi.（影響因子：12.124）1篇、物理領域頂級期刊Phys. Rev. Lett.(8.462) 1篇。申請專利40余項，授權10余項。是歐洲材料學會（EMRS）、美國物理學會（APS）、中國材料學會（CMRS）、湖北省高級專家協會會員。
 

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）