寻求更宽的禁带宽度和更高的材料性能是化合物半导体材料发展的一个重要∩趋势。氧化镓（Ga2O3）半导体具有禁带宽度大（Eg~4.8 eV）、击穿场强高（Ebr~8 MV/cm）、Baliga品质因数︻高（εμEbr3~3444）、生长成本低（可熔融法生产单晶衬底）等突出优点，是用于下一代高压高功率器件（肖特基势垒二极管（SBD）、金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET））和日盲紫外（波长200?280 nm）光电︻探测器的优选材料之一。高压高功率器件在整个电能供应链中具有显著的功率变换及节能作用，在工业控制、4C产业（计算机、通信、消费类电子、汽车电子）、新能源、轨道交通、智☆能电网等领域的应用也十分广泛。日盲紫外光电探测器同样具有广泛的应用价值，可』用于紫外（UV）天文学、天际通信、火灾监控、汽车发动机监测、气象监测和环境污染监测等领域。目前国际上对超宽禁带氧化镓材料和器件领域的→研究正处于起步阶段。
中国科学技术大学微电子学院龙世兵课题组主╳要从事宽禁带半导体材料※，器件以及电路系统研究，包括Ga2O3 SBD、MOSFET功率器件，以及深紫外光电探测器，在这些方面都取得了较好的研究进展。在本系列中，我们将为大家展示课题组在基于氧化镓的日盲探测器领域的研究进展。研究结果↘有：
1. 开发出了一种具有高性能和栅极可调光检测能力的非晶氧化镓日盲场效应光电晶∏体管。采用磁控溅射这种方法可以在Si基衬底上生长低成本、大面积的非晶氧化镓薄膜。通过对制备的薄膜晶体管施加适当的背栅电▓压，可以很好地控制场效㊣ 应光电晶体管的暗电流和光响应特性。制成的氧化镓薄膜场效应光电晶体管具有出色的深紫外光电探测特性，包括4.1×103 A/W的高光敏性， 2.5×1013Jones的高探测率。并首次基★于非晶氧化镓探测器作为单像素实现日盲成像，使得该日盲非晶氧化镓薄膜场效应光电晶体管△有望用于下一代光电成像应用。(Adv. Electron. Mater.2019, 5(7), 1900389) 此外，该课题组进一步开发了基于非晶氧化镓探测器的集成技术，制备了32×32的大规模阵列，用于日盲▼成像，相关成果正在审稿阶段。
2. 目前报道的氧化镓深紫外探测器主要是两端结构器件，而两端器件不能对沟道电流还有光电响应度提供任何的偏压控制。作为一种重要类型的探测器，光电晶体管多了一个栅ζ 极，可以灵活地控∮制沟道电流。此外，光电晶体←管在在夹断状态通常有高的光-暗电流比，因此，如果能获得增强【型MOSFET将会很有利，这将拓宽日盲光电晶体管的有效操作窗口。龙世兵课题组提出在通过MBE生长的硅掺杂同质β-Ga2O3薄膜上制备增强型日盲金属-氧化物-半导体场效应光◇电晶体管（MOSFEPT）。采用了栅◢槽刻蚀工艺实现增强型器件。由于晶体管存在巨大的内增益以及良好的晶体质量，该工作报道的氧化镓日盲探测器具备高的综合性能，3×103A/W的响应度，低至100/30ms的上升/下降时间，1.3×1016Jones的探测率，以及1.1×106的PDCR。(IEEE Electron Device Lett., 2019, 40(5), 742-745)
3. 通过氯化物辅助MOCVD，调节生长过卐程中通入HCl的流量，我们在c面蓝宝石衬底上成功地生长出了高质量单晶ε-Ga2O3薄膜。通过优化器件结构，该课题组设计了叉指型的平面型肖特基二极管，器件表现出优异的光探测性能，可同※时实现高响应度（84A/W）和快速响♂应（100ms）。氯化物辅助生长可钝化深能级缺陷，提高了载流子的迁移率和收集效率。(IEEE Electron Device Lett., 2019, 40(9), 1475-1478)
4. 针对上述ε-Ga2O3探测◣器的高响应度，该课题组制备▅了MSM结构的光探测器，通过研究〓电流传输机制以及原理计算，揭示了⊙器件中的光电流增益机制。氧空位作为类受主缺陷，会捕获光生空穴，引起空穴积累，从而降低了金属/半导体接触势垒，导致光电流增①益。(ACS Photonics, 2020, 7,3, 812-820)
中国科学技术大学龙世兵教授课题组简介
课题组主要从事宽禁带半导体氧化镓材料的生长，器件开发，包括电力电子器ω 件以及紫外探测器件，功率器∑件模组以及成像系统的开发。主要期望通过优化器件结构的设计，以及完善工艺♀开发，制备更高性能的功率器件和深紫外探测器件，实现更高的击穿电压，更低的导通电阻，更高的响应度和更快的响应△速度等。截止目前，龙世兵教授主持自然科学基金、科技部（863、973、重大专项、重点研●发计划）、中科院等资○助科研项目15项。在Adv. Mater., ACS Photonics，IEEE Electron Device Lett.等国际学术期刊和会议上发表论文100余篇，SCI他引6300余次，H指数44。获得/申请 100余项，其中9项转移给集成电路制造企业中芯国际，74项授权/受理发明 许可给武汉新芯。
本研究应用了北京卓立汉☆光仪器有限公司
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