基于Silvaco TCAD的氧化镓（Ga₂O₃）基紫外光电探测器仿真研究

基于Silvaco TCAD的氧化镓（Ga₂O₃）基紫外光电探测器仿真研究摘要氧化镓（Ga₂O₃）作为一种超宽禁带半导体材料，禁带宽度约为4.8–4.9 eV，对应吸收截止边位于约250 nm，是天然适用于日盲紫外（200–280 nm）探测的理想材料。本文基于Silvaco TCAD软件的ATLAS模块，系统开展了β-Ga₂O₃基肖特基紫外光电探测器的二维数值仿真研究。首先介绍了氧化镓材料的物理特性与光电探测器的基本工作原理，然后详细给出了材料参数定义、网格划分、结构建模、物理模型选择及光电仿真设置等完整流程。基于所构建的器件模型，分别仿真了器件的暗态I-V特性、光照条件下的光电流响应、不同波长下的光谱响应特性以及瞬态响应特性，并通过提取光电流、暗电流、响应度、探测率和光暗电流比等关键性能参数对器件性能进行了评估。本文提供的完整Silvaco ATLAS仿真代码及详细注释，可为氧化镓基紫外光电探测器的仿真设计与性能优化提供参考。1. 引言紫外光电探测器在火焰预警、导弹制导、紫外通信、臭氧空洞监测及高压电晕放电检测等领域具有重要的应用价值。传统的紫外探测材料如SiC、GaN和AlGaN等虽然已经得到广泛应用，但存在材料外延困难、合金化工艺复杂等挑战。近年来，氧化镓（Ga₂O₃）凭借其独特的材料优势成为紫外探测领域的研究热点。Ga₂O₃是一种直接带隙超宽禁带半导体材料，其禁带宽度约为4.8–4.9 eV，击穿电场高达8 MV/cm，同时还具有较高的介电常数和良好的热稳定性。与AlGaN和ZnMgO等需要复杂合金化工艺的日盲探测材料不同，Ga₂O₃天