Comprehensive enhancement of ZnGa2O4-based solar blind photodetector performance by suppressing defects in oxygen-rich atmosphere

材料科学 氧气 光电子学 响应度 光电导性 薄膜 光电效应 溅射 光电探测器 带隙 结晶度 量子效率 纳米技术 化学 复合材料 有机化学
作者
Kang Lee,Kuangkuang Li,Wanli Zhang,Zongyu Wang,Xingzhao Liu
出处
期刊:Vacuum [Elsevier]
卷期号:215: 112279-112279 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.vacuum.2023.112279
摘要

ZnGa2O4 is a potential candidate material for next-generation solar-blind UV photodetectors (PDs) owing to its intrinsically wide bandgap and various favorable physical properties. The photoelectric properties of metal oxides are susceptible to oxygen. This study investigated the effect of oxygen flow on the properties of ZnGa2O4 thin films. Furthermore, photovoltaic devices with Au as Schottky contacts were fabricated to compare the performance. The ZnGa2O4 films grown in an oxygen-rich atmosphere exhibit better crystallinity and fewer oxygen vacancies than those grown in an oxygen-poor atmosphere, and the corresponding device demonstrates excellent performance parameter at a bias voltage of 10 V: a responsivity (R), external quantum efficiency (EQE) and detectivity (D*) up to 15.62 A/W, 7626%, ∼1015 Jones, respectively. Additionally, the suppression of oxygen vacancies prevents persistent photoconductivity under low light irradiation. The device possesses satisfactory rise/decay times of 0.125/0.025 s and maintains excellent stability and repeatability. Our study confirms that sputtering in an oxygen-rich atmosphere is an effective strategy for producing ZnGa2O4 thin films that can be applied for fabricating ZnGa2O4 solar-blind PDs with excellent comprehensive performance.

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