MgZnO深紫外探测材料、器件的关键科学问题研究

深紫外探测在导弹预警、保密通讯、输电漏电监测等领域具有广阔的应用前景。MgZnO材料可获得高的结晶质量和抗辐射强度，是全固态紫外探测器件的理想材料。而高质量MgZnO合金薄膜制备、高效率p型掺杂和高响应低噪声器件是MgZnO紫外弱光探测必须解决的问题。.本项目针对MgZnO材料面临的合金薄膜分相、p型掺杂受主离化能高等问题，开展了以下几个方面的研究工作。.在合金薄膜生长和带隙调节研究方面，我们研究了相转变微观过程，发现通过衬底诱导和组分渐变，可以延缓MgZnO的相分离，并实现了高锌组分的单一立方相MgZnO合金薄膜和相应的日盲紫外探测器。通过有限元方法初步获得了MgO/ZnO 超晶格结构与相应子能带之间的关系。.在电学调控研究方面，我们针对近几年国际上N掺杂ZnO理论和实验结果的冲突，设计了锌空位-氧位氮复合型受主，离化能仅为160meV，且避开了宽禁带半导体掺杂的自补偿问题。该结果发表于Physical Review Letters, 108 (2012) 215501。这一复合掺杂思路被美国国家科学院院士D. E. Aspnes研究组采用，并在综述文章中评述我们的结果是他们“实验工作的基础”。我们后续p型掺杂的工作均基于该工作的思想来开展，取得了良好的效果，并且实现了MgZnO p-n结的355nm电致发光。.在新型器件研制方面，根据在Au/MgO/ZnO光发射器件中得到的启示，我们设计了Au/MgO/ZnO/MgO/Au结构的新型紫外雪崩探测器。73V偏压下，紫外/可见抑制比为2个数量级，响应度约为17000 A/W。该结果被评论为“第一只氧化锌基雪崩光电探测器”。针对阈值电压偏高，我们在MgZnO基日盲紫外雪崩探测器结构中，通过Mg组分渐变形成梯度带隙，在导带引入了准电场，将雪崩倍增阈值降低到5V，器件在6V偏压下的响应度为1.1A/W，量子效率高达600%。.项目共发表标注资助SCI论文38篇(IF>3.0共 27篇)。项目组成员1人获国家杰出青年科学基金项目支持；引进中科院百人计划2人；培养博士生21名，其中2名博士毕业生获得国家奖学金。.我们提出的掺杂理论得到了国际同行的实验验证，相关器件指标达到国际先进水平，受到同行的高度评价，已可满足输电漏电监测、火焰检测等中低响应速率的应用场合。如能进一步提高器件的响应速率，则可望用于紫外通讯等场合。