本研究由Mehmet Yilmaz（土耳其苏莱曼德米雷尔大学教育学院）、Adem Kocyigit（土耳其比莱吉克谢赫埃德巴利大学电子与自动化系，通讯作者）、Erman Erdogan（同前）、Murat Yıldırım（土耳其塞尔丘克大学生物技术系）及Maria Luisa Grilli（意大利ENEA能源技术部）合作完成，发表于期刊*Journal of Materials Science: Materials in Electronics*（2025年，第36卷，第862页）。
科学领域：本研究属于宽禁带半导体氧化物材料与光电器件交叉领域，聚焦于β相氧化镓（Ga₂O₃）的制备及其在光电探测器中的应用。Ga₂O₃作为超宽禁带材料（4.7–4.9 eV），因其在功率电子、紫外（UV）探测和气体传感中的潜力备受关注。然而，传统Ga₂O₃探测器主要响应紫外光，而本研究通过硅（Si）与Ga₂O₃的能带协同效应，首次实现了从紫外到近红外（NIR）的宽谱可见光探测。
研究动机：现有Ga₂O₃探测器在可见光波段响应不足，而Si虽可吸收红外光但缺乏紫外敏感性。本研究通过电沉积法在n-Si衬底上合成β-Ga₂O₃纳米结构，构建Ag/Ga₂O₃/n-Si肖特基结，旨在开发高性能、低成本的宽谱光电探测器。
电沉积工艺：
- 衬底处理：采用n型Si晶圆（载流子浓度7.3×10¹⁵ cm⁻³），切割为3 cm×1 cm样品后，依次用丙酮、去离子水和异丙醇超声清洗。
- 溶液配置：将Ga₂O₃粉末溶于HCl与H₂O（2:7）混合溶液，调节pH至6.5，搅拌1小时形成均匀电解液。
- 沉积过程：使用三电极体系（工作电极：Si衬底；参比电极：Ag/AgCl；对电极：Pt），在-1.7 V恒定电压下电沉积2小时，随后700°C退火2小时以稳定β相结构。
结构表征：
- X射线衍射（XRD）：确认样品为单斜晶系β-Ga₂O₃（JCPDS卡号41-1103），特征峰位于28.12°（400）、30.18°（401）和32.45°（202）。通过Scherrer、Williamson-Hall和Halder-Wagner三种方法计算晶粒尺寸，结果为16–37 nm（表1）。
- 扫描电镜（SEM）：显示Ga₂O₃呈棒状结构，厚度约280 nm，覆盖均匀（图4a–c）。能谱分析（EDX）证实化学计量比为Ga:O = 19.22:80.78 at%，无杂质（图4d）。
器件构建：
- 电极制备：通过热蒸发法在Ga₂O₃/n-Si结表面沉积100 nm Ag（肖特基接触），背面沉积150 nm Al（欧姆接触），有效光敏面积7.85×10⁻³ cm²（图1b）。
性能测试：
- 电流-电压（I-V）特性：在暗态及20–100 mW/cm²光照强度（AM 1.5模拟太阳光）下测试，结果显示光电流随功率线性增加（图5a）。在-2 V偏压下，光电流从20 mW/cm²时的2.98×10⁻⁴ A增至100 mW/cm²时的3.66×10⁻³ A（表3）。
- 波长响应：使用351–800 nm带通滤光片（步长50 nm）测试，700 nm处响应度达122.88 A/W，比紫外波段（351 nm时为20.24 A/W）高6倍（图10a）。
参数提取：
- 肖特基结特性：通过热发射理论计算，暗态下理想因子（n）为2.53，势垒高度（φb）为0.62 eV（表2）。光照导致n值上升（3.71@100 mW/cm²）、φb下降（0.53 eV），归因于光生载流子注入（图6a）。
- 探测性能：700 nm处比探测率（D*）达1.07×10¹² Jones，外量子效率（EQE）高达2.18×10⁴%（图10d），远超文献报道的Ga₂O₃基探测器（表4）。
科学价值：
- 提出电沉积法低温制备β-Ga₂O₃的可行方案（对比磁控溅射、溶胶-凝胶等高成本工艺）。
- 通过能带工程实现Si与Ga₂O₃的宽谱响应协同，为混合型光电探测器设计提供新思路。
应用前景：
- 该探测器在可见光通信、环境监测和智能成像中具潜力，尤其适用于700 nm波段的高灵敏度检测（如生物传感）。