近日，由国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）与第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）主办，南方科技大学微电子学院与北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司共同承办的第十七届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA 2020）暨2020国际第三代半导体论坛（IFWS 2020）在深圳会展中心召开。

 

期间，德国爱思强股份有限公司协办的“超宽禁带半导体技术”分会上，湖北大学材料工程学院教授何云斌带来了“高性能基于氧化镓的日盲光电探测器的开发”的主题报告，从Ga2O3外延薄膜的制备、特性及PDs研究，基于超宽带隙（ScGa）2O3合金薄膜的UV-PDs等角度分享了最新研究进展。

 

由于臭氧层吸收深紫外（太阳盲）光（l：200-280nm），太阳盲光探测器（PDs）是一种非常敏感的器件，在火焰传感、导弹预警和空间通信等领域具有潜在的应用前景。传统上，太阳能盲板PDs是基于硅的，硅的带隙很窄（1.1eV），因此需要昂贵而笨重的Wood光学滤波器。
 

近年来，β-Ga2O3因其具有宽的直接禁带（4.9ev）和良好的热稳定性和化学稳定性而备受关注。薄膜型PDs是应用最广泛的器件。众所周知，薄膜器件的性能与薄膜的晶体质量密切相关，但由于缺乏匹配良好的异质外延衬底，难以获得高晶体质量的外延β-Ga2O3薄膜。在目前用于生长Ga2O3薄膜的技术中，PLD是一种很有吸引力的制备高质量薄膜的方法。

 

在这项工作中，应用PLD技术在c蓝宝石衬底上用β-Ga2O3陶瓷靶材在不同衬底温度下生长了一系列高质量的（-201）取向β-Ga2O3薄膜。这些薄膜被用来制造具有Au/β-Ga2O3/Au结构的平面金属-半导体-金属（MSM）太阳盲PDs。研究发现，随着生长温度的升高，β-Ga2O3薄膜的晶体质量、O/Ga原子比和禁带宽度都有所提高，导致PDs的暗电流峰值和响应时间显著缩短。在700℃下生长的β-Ga2O3薄膜具有最佳的性能，10v下的低Idark为0.127na，峰值响应度为18.23a/W（255nm）。此外，PD的响应时间仅为0.062/0.379s。

 

在纯Ga2O3薄膜和PDs研究的基础上，进一步开发了过渡金属取代的Ga2O3合金薄膜及其相关的PDs。结果表明，过渡金属与氧之间的强结合导致Ga2O3合金中的氧空位（陷阱中心）大大减少。当过渡金属含量较高时，合金薄膜的结晶质量下降，甚至变成非晶态，产生大量的复合中心，陷阱中心大大减少，这使得Ga2O3合金基PDs具有前所未有的性能。典型的光探测参数为10V时的Idark为0.11Pa，tdecay为17ms，10V（245nm波长）的响应度为112A/W，探测效率为4.45×1015Jones，代表了β-Ga2O3基MSM太阳盲光探测器的最新性能。
 

何云斌研究方向主要为宽禁带半导体薄膜及紫外光电探测器、氧化物表界面物理与化学、低维钙钛矿材料与新型光电器件等。曾作为骨干完成德国工业合作研究、欧盟国际合作优先项目、美国能源部基础研究、中国国家自然科学基金等多个项目的研究。作为负责人主持完成或在研国家自然科学基金面上（4项）、教育部博导基金、教育部留学人员回国启动基金、湖北省自然科学杰出青年基金、湖北省技术创新重大项目、企业合作项目等近20项研究。至今发表学术论文160余篇，其中120余篇被SCI收录，被SCI论文引用2300余次，H-指数：26；发表论文中含材料领域顶级期刊Nature Materials(影响因子：38.891) 1篇、综合期刊Nat. Communi.（影响因子：12.124）1篇、物理领域顶级期刊Phys. Rev. Lett.(8.462) 1篇。申请专利40余项，授权10余项。是欧洲材料学会（EMRS）、美国物理学会（APS）、中国材料学会（CMRS）、湖北省高级专家协会会员。
 

（内容根据现场资料整理，如有出入敬请谅解）