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该研究由Mengfan Ding、Weibing Hao、Shunjie Yu、Yan Liu、Yanni Zou、Guangwei Xu、Xiaolong Zhao、Xiaohu Hou和Shibing Long等作者共同完成，他们均来自中国科学技术大学（University of Science and Technology of China, USTC）。该研究于2023年2月发表在IEEE Electron Device Letters期刊上，题目为“Self-Powered p-NiO/n-Ga2O3 Heterojunction Solar-Blind Photodetector with Record Detectivity and Open Circuit Voltage”。
该研究的主要科学领域是半导体器件与光电探测技术，特别是基于超宽带隙（ultra-wide bandgap, UWBG）半导体的日盲光电探测器（solar-blind photodetector, SBPD）。日盲光电探测器在200-280 nm波长范围内工作，这一波段的太阳光被臭氧层吸收，因此具有低背景噪声的特性，广泛应用于安全通信、火焰探测等领域。然而，传统的硅基日盲光电探测器需要昂贵的光学滤波器、高工作电压和特定环境条件，限制了其便携性和经济性。基于Ga2O3的超宽带隙半导体因其与日盲波段匹配的带隙（4.7-5.3 eV）以及优异的环境耐受性，成为日盲光电探测器的理想材料。然而，Ga2O3的p型掺杂困难限制了其性能提升。本研究通过构建非晶p-NiO/晶体n-Ga2O3异质结，实现了高性能自供电日盲光电探测器，旨在解决上述问题。
研究分为以下几个主要步骤：
器件设计与制备
研究首先设计了一种基于非晶p-NiO/晶体n-Ga2O3异质结的自供电日盲光电探测器。器件结构包括高质量的β-Ga2O3单晶基底和通过射频溅射在室温下生长的非晶NiO薄膜。基底经过严格的表面处理，以确保低缺陷界面。电极采用Ti/Al/Ni/Au和Ni/Au多层结构，分别用于底电极和顶电极。器件的有效光照面积为1.2 × 10⁻³ cm²。
材料表征
通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱等手段对β-Ga2O3基底和非晶NiO薄膜进行了表征。结果显示，基底具有高质量的晶体结构，表面粗糙度仅为0.19 nm；NiO薄膜均匀且为非晶态，确保了异质结界面的低缺陷密度。
电学与光电性能测试
使用半导体器件分析仪和深紫外LED模块对器件进行了电学性能和光电响应测试。测试内容包括暗电流、光电流、响应速度、开路电压（Voc）和短路电流（Isc）等。测试波长主要针对254 nm的日盲波段。
性能优化
通过调节NiO薄膜的氧含量和厚度，优化了器件的光电性能。研究发现，高氧含量的NiO薄膜具有更高的空穴浓度，能够有效分离光生载流子并抑制暗电流。同时，30 nm的NiO薄膜在透光率和耗尽区宽度之间达到了最佳平衡，使器件性能最优。
高性能光电探测
器件在254 nm光照下表现出优异的光电性能，包括高达3 × 10⁶的光暗电流比、5 A/W的超高响应度和1.6 × 10¹⁴ Jones的比探测率。此外，器件的日盲/可见光抑制比（R254 nm/R460 nm）达到2 × 10⁴，显示出极高的光谱选择性。
快速响应与高开路电压
器件的响应速度显著低于1 ms，表现出极快的光电响应能力。同时，开路电压达到1.3 V，远超大多数已报道的Ga2O3异质结光电探测器。
异质结界面优化
通过严格的表面处理和室温生长的非晶NiO薄膜，实现了低缺陷界面和强内置电场，有效提高了光生载流子的分离效率和器件性能。
该研究成功开发了一种基于非晶p-NiO/晶体n-Ga2O3异质结的高性能自供电日盲光电探测器。器件在响应度、探测率、响应速度和开路电压等方面均表现出色，为日盲光电探测器的未来发展提供了新的设计策略。该研究不仅具有重要的科学价值，还为便携式、低功耗光电探测器的实际应用奠定了基础。
高性能指标
器件在多个关键性能指标上创下纪录，包括响应度、探测率和开路电压。
新颖的异质结结构
通过非晶/晶体异质结结构，解决了Ga2O3的p型掺杂难题，并实现了低缺陷界面。
严格的界面处理
研究采用了严格的表面处理和室温生长技术，确保了异质结界面的高质量。
该研究得到了中国国家自然科学基金（NSFC）、中国科学院前沿科学重点研究项目、广东省重点领域研发计划等多个项目的支持，显示了其重要的科研价值和应用前景。此外，研究还提供了详细的实验数据和表征结果，为后续研究提供了重要的参考。