类型a：这篇文档报告了一项原创研究。

主要作者与机构及发表信息
本研究的主要作者包括王高凯（Gaokai Wang）、陈景仁（Jingren Chen）、孟俊华（Junhua Meng）等，他们分别隶属于中国科学院半导体材料科学重点实验室、中国科学院大学材料科学与光电工程中心以及北京工业大学理学院。该研究发表于《Fundamental Research》期刊，2021年出版。

学术背景
本研究属于半导体材料和光电子学领域。六方氮化硼（h-BN）因其优异的物理化学性质（如超宽带隙约5.96 eV、高击穿场强11.8 MV/cm、低介电常数约3、高热导率1000 W/mK等），近年来受到广泛关注。h-BN在二维材料基器件中具有重要应用价值，例如作为理想的栅极绝缘体、封装层或隧穿屏障。然而，传统方法（如化学气相沉积，CVD）通常需要金属催化剂，这会导致转移过程中引入污染和损伤，从而限制其在电子器件中的应用。因此，开发一种无需催化剂即可直接在非催化介电基底上生长高质量h-BN薄膜的技术成为关键需求。本研究旨在通过脉冲激光沉积（PLD）技术，在蓝宝石（sapphire）基底上实现高质量h-BN薄膜的直接生长，并探索其在深紫外（DUV）光电探测器中的应用。

详细工作流程
本研究主要包括以下步骤：
1. 样品制备
- 使用PLD技术在蓝宝石基底上生长h-BN薄膜。实验装置包括一个超高真空腔室，采用波长为248 nm的KrF准分子激光器（能量范围300-700 mJ，脉冲持续时间20 ns，重复频率1-5 Hz）。
- 蓝宝石基底经过清洗和预处理（包括HF溶液处理和退火），以获得原子级平整表面。
- 生长条件包括：工作压力范围10-300 mTorr，靶材-基底距离5-11 cm，基底温度范围800-1250°C，沉积时间20分钟。

1. 表征与测试

   • 使用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察薄膜形貌。
     
   • 采用X射线光电子能谱（XPS）分析薄膜的化学组成和键合特性。
     
   • 测量拉曼光谱以评估薄膜的结晶质量，重点关注E2g振动模式的峰位和半高宽（FWHM）。
     
   • 紫外-可见吸收光谱用于测定光学带隙和Urbach能量。
     
   • 制备基于h-BN薄膜的金属-半导体-金属（MSM）深紫外光电探测器，并测量其I-V特性曲线、光响应度、开关比和稳定性。
     

2. 数据分析

   • 拉曼光谱数据通过洛伦兹拟合提取FWHM和峰值强度。
     
   • 吸收光谱数据通过Tauc图计算光学带隙，并利用Urbach方程拟合尾部吸收区域以获得Urbach能量。
     

主要结果
1. 薄膜质量优化
- 在不同生长条件下制备了h-BN薄膜，并通过拉曼光谱分析其结晶质量。结果表明，基底温度对薄膜质量影响最大，而最佳工作压力随靶材-基底距离增加而降低，符合pd²=常数的缩放定律。
- 在最优条件下（基底温度1000°C，工作压力40 mTorr，靶材-基底距离7 cm），h-BN薄膜的拉曼峰FWHM仅为30 cm⁻¹，表明其具有高结晶质量。

1. 光电性能

   • 基于PLD生长的h-BN薄膜制备了深紫外光电探测器。随着基底温度从800°C提高到1250°C，探测器的光响应度从0.30 mA/W提升至1.69 mA/W，开关比从2380增加到1.48×10⁴。
     
   • 探测器的截止波长约为220 nm，表现出优异的深紫外检测性能。
     
   • 光电流与功率密度呈近线性关系，表明薄膜缺陷极少。
     

2. 表面形貌的影响

   • 预处理后的蓝宝石基底显著提高了薄膜质量，拉曼峰FWHM进一步缩小至30.5 cm⁻¹。
     

结论与意义
本研究表明，PLD技术可直接在蓝宝石基底上生长高质量h-BN薄膜，无需催化剂。优化生长条件后，薄膜的拉曼峰FWHM达到30 cm⁻¹，优于大多数文献报道的结果。基于这些薄膜制备的深紫外光电探测器表现出高光响应度（1.69 mA/W）、高开关比（1.48×10⁴）和高稳定性，显示出在高性能光电器件中的潜在应用价值。此外，PLD技术具有规模化生产的潜力，为工业应用提供了可行性。

研究亮点
1. 重要发现
- PLD技术成功实现了无催化剂条件下h-BN薄膜的高质量生长。
- 揭示了基底温度和工作压力对薄膜质量的关键影响。

1. 方法创新

   • 提出了基于pd²=常数的缩放定律，用于优化PLD生长条件。
     
   • 开发了高效的深紫外光电探测器，性能优于现有技术。
     

2. 特殊性

   • 本研究首次系统地探讨了PLD参数对h-BN薄膜生长的影响，为未来研究提供了参考。
     

其他有价值内容
本研究还探讨了基底表面形貌对薄膜质量的影响，强调了预处理的重要性。此外，Urbach能量的低值（0.123-0.150 eV）进一步证明了薄膜的高质量。