文 |言上月
编辑 | 言上月
由于在现代工业和农业中的广泛应用，光电探测器（PD）、发光 二极管、和其他光电器件近年来引起了人们的广泛关注。
随着新兴宽带隙半导体的发展，如BN、AlxGa1− xN、Ga2O3 和SiC，大量的研究兴趣集中在日盲PD（SBPD）上，因为它们具有出色的辐射硬度、高热稳定性和化学稳定性，以及在日盲区的有效吸收。
在这些材料中，Ga2O3的吸收截止波长低于280 nm，无需合金化即可覆盖几乎整个日盲区范围，这些特殊性质使 Ga2O3成为 SBPD 的有前途的候选者。
最近，已经报道了基于不同类型的Ga2O3 PD 的重大突破，P型半导体，如GaN和NiO，用于与Ga2O3制备p-n异质结对光电检测的使用。
通过优化p型GaN薄膜上掺杂Sn的n型Ga2O3的生长条件，构建了具有出色光敏性能的自驱动UV PD。
三端光电晶体管是构建具有高固有增益的高灵敏度PD的另一种选择，正如之前几项工作所证明的那样，Ga2O3中很容易实现高响应率( R ) 和抑制比 光电晶体管。
此外，响应速度可以通过栅极端子进行调制，肖特基结也常用于Ga2O3 PD。
利用MgO制造基于β-Ga2O3 /MgO异质结构的光电晶体管，实现了高性能，例如2.4×10 7 AW-1的超高响应度和1.7×10 15琼斯的比探测率。
构建了基于β-Ga2O3微薄片的日盲光电晶体管，超高检出率1.19×10 18Jones使其极其适合弱光检测。
并采用高k电介质氧化铪(HfO2 )构建了非常出色的金属氧化物半导体场效应光电晶体管。
制造的设备实现了创纪录的1.1×10 19琼斯探测率、1.4×107AW -1的极高响应度以及16毫秒的短衰减时间。
如果进一步优化暗电流，高速和高探测率可以实现实时成像。
特别是，金属-半导体-金属 (MSM) PD 可以用最简单的工艺制造，除了其普通结构外，MSM PD 不需要形成欧姆接触，这通常涉及复杂的掺杂过程。
此外，MSM PD也不需要器件隔离，即使采用这种简化的制造工艺，MSM PD 也可以很好地保持其高性能，例如低噪声和高增益带宽积。
然而，很少有关于用于日盲成像的大面积Ga2O3 PD 阵列的报道，大面积Ga2O3PD 图像传感器阵列的主要挑战在于难以生产大尺寸 Ga2O3薄膜以及在集成中保持其高度均匀性。
已经尝试了多种方法来生长用于高性能PD的Ga2O3薄膜，例如分子束外延，金属有机化学气相沉积，磁控溅射和脉冲激光沉积。
其中，磁控溅射特别适用于具有光滑表面的高成本效益和大规模 Ga2O3薄膜沉积，据报道高性能Ga2O3 PD。
在实际应用中，单像素成像存在扫描速度慢、空间识别差等缺点，但也有令人满意的UV光电检测性能，峰值响应度和暗电流分别为4 AW -1和0.23 nA。
然而，线阵器件参数的均匀性并不理想需要改进布线方法以促进PD的集成。
基于这些高灵敏度的 PD，利用图像传感器阵列中的高灵敏度和均匀像素，获得了具有高对比度的日盲成像。
图 1，支持信息，显示了设备结构图，在形成 Ti/Au 叉指电极后，该器件在氮气气氛中进行后退火 (PA)。
实验的过程使用254 nm深紫外光研究了PAa -Ga2O3 SBPD的光电探测特性，PA a -Ga2O3PD 在黑暗中和被不同的254 nm光强度激发的半对数电流-电压( I-V )特性。
暗电流低至0.3pA，当用70μWcm -2的光照射PD时，在5V时获得超过10μA的大光电流。
光电流随着光强度的增加而增加，根据等式，在5 V偏压下实现了3.9 ×10 7的极高的PDCR。
其中B和in分别表示带宽和噪声电流，噪声等效功率(NEP)估计低至 3.5 fW Hz -1/2，表明该PD可以检测强度低至18 pW cm-2的254 nm光。
这表明该器件具有提供相对于噪声电流的超高信噪比的强大能力，1/ f噪声在很宽的频率范围内主导着该 PD 的噪声。
制造的a -Ga2O3 SBPD的噪声功率密度遵循相同的趋势，但噪声更大。
由于1/ f噪声通常源于载流子的捕获和去捕获过程，PA a -Ga2O3 SBPD 中1/ f噪声的抑制表明退火过程钝化了Ga2O3薄膜的电子陷阱，根据 SCLC 结果。
EQE 由以下因素决定：
PA a -Ga2O3 SBPD 的卓越性能预示着它们在图像传感器中的巨大应用潜力。
为了验证这一前景，SBPD被集成并扩展为大型32×32图像传感器阵列，如图5所示。
每个像素的大小为400 µm×440 µm，间距为180 µm，a -Ga2O3阵列的结构图分别在图 5b，图像传感器阵列的制造过程的细节可以在实验部分找到。
通过将开关晶体管串联到阵列中的每个像素，可以潜在地减轻这种串扰问题。
目前的图像显示出出色的识别能力，验证了Ga2O3 PD在未来用于显示和跟踪应用的日盲成像技术中的应用潜力。
通过创新的后退火工艺展示了超高性能 MSM a -Ga2O3 日盲光电探测器。
该光电探测器在日盲区表现出卓越的灵敏度，包括733 AW -1的极高R 、3.9 ×10 7的 PDCR和3.9 × 10 16 Jones的超高D *。
由于后退火提高了薄膜质量，包括更高的电子迁移率、更低的电子陷阱密度和增强的光激发载流子复合，0.3 pA 的极低暗电流和τr 或 τd1的短衰减时间 = 1/18 ms 在5V偏压下在我们的设备中实现。
势垒高度的降低导致了光电探测器的巨大内部增益。
光学模式识别
在此过程中，氧空位对内部增益有贡献并促进电子-空穴复合过程以快速恢复光电探测器。
值得注意的是，报告一种基于高性能 PA MSM a -Ga2O3 SBPD的大规模、高均匀性32×32图像传感器阵列，它具有出色的光学模式识别能力。
这项工作可能为大规模和高分辨率Ga2O3铺平道路光电器件集成，应用于光通信、数字显示、人工智能视网膜等领域。
