Self-Supported Flexible α-Ga2O3 Thin Films Enabled by Nanopillar-Integrated Sacrificial Layers

材料科学 纳米柱 薄膜 纳米技术 化学工程 光电子学 纳米结构 工程类
作者
Guangqing Li,Yang Li,Jiahui Xie,Chenglong Li,Qian Xin,Wenxiang Mu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (13): 20004-20012 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c01458
摘要

α-Ga2O3, known for its ultrawide bandgap and high breakdown electric field, has attracted significant attention in power electronics and solar-blind photodetectors. However, the rigid and insulating nature of sapphire substrates restricts the development of flexible α-Ga2O3-based devices, vertical power devices, and high-power electronics. Here, self-supported flexible α-Ga2O3 thin films were prepared by a Bridge Pier-like structure. In this structure, highly vertical and dispersion-controlled α-Ga2O3 nanopillar arrays, an α-Fe2O3 array-type sacrificial layer, and high-quality α-Ga2O3 epitaxial films were sequentially grown on sapphire substrates by an economical mist chemical vapor deposition (mist-CVD) technique. The flow channels created by the array-type sacrificial layer significantly enhanced etchant flow, enabling the rapid detachment of freestanding 3-μm-thick α-Ga2O3 flexible films in just 20 min─a nearly 10-fold increase in detachment efficiency compared to conventional sacrificial layer designs. The freestanding α-Ga2O3 thin films were used to fabricate flexible solar-blind photodetectors that, under 254 nm ultraviolet illumination, achieved an on/off ratio of 0.57 × 103 and a detectivity of 3.18 × 1010 Jones, while also exhibiting exceptional mechanical flexibility and optoelectronic stability with no degradation observed after 1000 bending cycles. This work provides a pathway for the fabrication of α-Ga2O3 flexible devices and freestanding substrates, offering an innovative strategy for the rapid detachment of thin films in heteroepitaxial systems.
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