Toward deeper ultraviolet detection: Atomic layer deposited amorphous AlGaOx thin film detector with its tunable optical properties and opto-electronic responses

材料科学 紫外线 光电子学 探测器 图层(电子) 无定形固体 薄膜 原子层沉积 光学 纳米技术 结晶学 物理 化学
作者
Weiming Liu,Xudan Zhu,Yifan Ding,Hongyu Tang,Peiran Xu,Tiantian Huang,Yu-Xiang Zheng,Xin Chen,Rongjun Zhang
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:50 (11): 19856-19863
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.03.110
摘要

Employing atomic layer deposition, AlGaOx films with varying Al concentrations (highest to 44% at.) were meticulously synthesized. Comprehensive characterization encompassing chemical composition, elemental depth distribution, structural clarity, and interface delineation unequivocally attested to the superior quality of the films. Optical properties were rigorously assessed using transmittance spectra and spectroscopic ellipsometry (SE), and optical constants across a broad spectral range (200–1000 nm) were determined through SE fitting. A consistent blue-shift in the absorption edge, observed in both the transmittance spectra and extinction coefficient, is attributed to the incorporation of aluminum. Detailed exploration via X-ray photoelectron spectroscopy fine scans of O 1s energy loss spectra and valence band analysis revealed that the evolution of the conduction band is instrumental in modulating the bandgap. To ascertain the viability for deep ultraviolet light detection, photodetectors based on AlGaOx were fabricated. Blue shifts in both photocurrent and response peak wavelength correlated with increasing Al content. In specific occasions, the AlGaOx-based detector has a responsibility of 0.05 A/W and 7×1013 detectivity of Jones. Remarkably, the detector demonstrates commendable on/off capability, characterized by fast rise and decay times of 0.26 s and 0.17 s, respectively. This study extensively examined the chemical, structural, and optical properties of amorphous AlGaOx films, alongside the optoelectronic capabilities of AlGaOx-based devices. Our research presented a viable strategy for enhanced deep ultraviolet detection, showcasing a successful implementation of amorphous bandgap engineering. This endeavor holds promise for future advancements in UV-detector development.

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