这篇文档属于类型a，即报告了一项原创研究。以下是针对该研究的学术报告：

主要作者及机构
本研究由Shuoqi Jin、Shuyi Sun、Zihui Liu、Xinhua Pan、Zhizhen Ye和Bin Lu等人共同完成。主要研究机构包括浙江大学材料科学与工程学院硅及先进半导体材料国家重点实验室和浙江大学温州研究院。该研究发表于《Materials Science in Semiconductor Processing》期刊，2024年3月26日在线发表。

学术背景
本研究属于半导体材料科学领域，特别是针对太阳能盲区紫外光电探测器的性能优化。太阳能盲区紫外光电探测器在光学成像、空间通信等领域具有重要应用前景。然而，氧化镓（Ga₂O₃）薄膜中固有的高氧空位（Vo）含量会导致光电探测性能不佳。因此，本研究旨在通过镁-氮共掺杂（Mg–N codoping）技术降低Ga₂O₃薄膜中的氧空位浓度，从而提升光电探测器的性能。

研究流程
1. 薄膜制备
使用脉冲激光沉积（PLD）技术在氮氧化二氮（N₂O）气氛下，在（0001）蓝宝石基底上生长镁-氮共掺杂的氧化镓（Mg–N:Ga₂O₃）薄膜。通过优化制备条件，获得了低氧空位密度和高结晶质量的共掺杂薄膜。

1. 光电探测器构建
   以原始和共掺杂的Ga₂O₃薄膜作为活性层，构建金属-半导体-金属（MSM）结构的光电探测器。通过电子束蒸发技术在薄膜上沉积Ti/Au（20 nm/50 nm）交错电极，形成光电探测器的活性区域。

2. 表征与测试

   • X射线衍射（XRD）：分析薄膜的结晶特性，确认β相Ga₂O₃的晶体结构。
     
   • 原子力显微镜（AFM）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）：观察薄膜的表面形貌和粗糙度。
     
   • 紫外-可见分光光度计（UV-Vis）：测量薄膜的光学吸收谱，计算光学带隙。
     
   • X射线光电子能谱（XPS）：分析薄膜的元素组成和缺陷类型，特别是氧空位浓度。
     
   • 光电性能测试：使用半导体参数分析仪和254 nm紫外LED光源，测试光电探测器的电流-电压（I-V）特性、响应时间、灵敏度等性能参数。
     

主要结果
1. 薄膜特性
- XRD结果显示，随着Mg掺杂浓度的增加，薄膜的衍射峰向低角度偏移，表明晶格参数增大。
- AFM和SEM图像显示，共掺杂薄膜的表面更加光滑，粗糙度显著降低。
- XPS分析表明，Mg–N共掺杂有效降低了氧空位浓度，2 at.% Mg掺杂的薄膜氧空位浓度最低（3.16%）。

1. 光电探测器性能
   
   • 在10 V偏压下，2 at.% Mg掺杂的光电探测器暗电流降低至4.69 pA，光电流显著提高至1.22 μA，光暗电流比达到2.59 × 10⁵。
     
   • 光电探测器的响应度为0.191 A/W，探测率为2.81 × 10¹³ Jones，外量子效率（EQE）为93.4%。
     
   • 光电探测器的响应时间显著缩短，衰减时间仅为20 ms，表明共掺杂技术有效减少了非平衡载流子的捕获效应。
     

结论
本研究表明，Mg–N共掺杂技术能够显著降低Ga₂O₃薄膜中的氧空位浓度，从而提升太阳能盲区紫外光电探测器的性能。通过优化掺杂浓度和薄膜生长条件，获得了高性能的光电探测器，其响应速度、灵敏度和探测率均优于现有技术。这一研究为Ga₂O₃基光电探测器的应用提供了重要的技术支撑，展示了其在太阳能盲区紫外探测领域的广阔前景。

研究亮点
1. 创新性掺杂技术：首次提出并验证了Mg–N共掺杂技术，有效降低了Ga₂O₃薄膜中的氧空位浓度。
2. 高性能光电探测器：开发的光电探测器在响应速度、灵敏度和探测率等方面均表现出色，显著优于现有技术。
3. 系统性研究：从薄膜制备到器件性能测试，研究流程完整，数据详实，为相关领域的研究提供了重要参考。

其他有价值内容
本研究还对比了不同掺杂浓度对薄膜性能和光电探测器性能的影响，揭示了Mg掺杂浓度与氧空位浓度之间的非线性关系，为后续优化掺杂工艺提供了重要依据。此外，研究还探讨了氧空位对光电探测器响应时间的影响机制，为理解Ga₂O₃基光电探测器的载流子动力学提供了新的见解。