氧化镓薄膜的制备及性能研究
发布时间：2021-07-26 08:47
作为新型的第三代宽禁带半导体材料,氧化镓由于自身的优异性能,在紫外探测、高频功率器件等领域吸引了越来越多的关注和研究。本文利用射频磁控溅射和管式炉热退火的方法分别在石英衬底、硅衬底和蓝宝石衬底上制备β-Ga2O3薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）等分析测试手段,研究了射频磁控溅射和热退火工艺参数对薄膜结晶性、微观形貌和光学性质的影响。通过标准光刻工艺和剥离技术制备β-Ga2O3薄膜MSM型紫外日盲探测器,从而研究薄膜的光电性能。本文主要内容包括:利用非晶的石英衬底对磁控溅射法生长β-Ga2O3薄膜的基本工艺参数进行初步探索。经过一系列实验,分析这些工艺参数对薄膜的结构和光学性质的影响。利用XRD分析薄膜的结晶取向,通过计算得出晶粒尺寸;利用SEM测试样品截面,得出薄膜沉积速率;通过紫外-可见分光光度计分析薄膜的光学透过性,通过计算得出薄膜的光学带隙。优化的薄膜制备基本参数为:溅射衬底温度为室温,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
β-Ga2O3单胞示意图：(a)c轴方向;(b)a轴方向;(c)b轴方向
退火温度的升高使得薄膜出现(401)择优取向，并且由于薄膜晶体质量的薄膜的光学带隙增大。马梅林等人[23]利用直流磁控溅射的方法研究溅射环境中不同氧分压对O3薄膜性质的影响。发现氧分压的增大能够使得沉积 β-Ga2O3薄膜的结晶提高，原因是氧分压的增大使得薄膜中的氧空位数目降低。β-Ga2O3薄膜隙随着氧分压的增大而增大，原因是低氧分压下生长的 β-Ga2O3薄膜中存填隙Ga原子，这些填隙Ga原子提供的弱局域化电子使得薄膜光学带隙变Guo X C 等人[24]利用激光分子束外延(LMBE)的方法，在(100)取向的 p 型制备了具有高晶体质量、高(2 01)取向性的 β-Ga2O3薄膜。由于 β-Ga2O3自空位的存在而显现出的 n 型导电性，因此用该方法在 p 型硅衬底上生O3薄膜，形成 pn 结结构。之后利用射频磁控溅射在 β-Ga2O3薄膜和 Si 衬镀上电极，从而制成如图 1-2(a)所示结构的紫外日盲探测器。如图 1-2(b器在光照和黑暗条件下的电流-电压(I-V)曲线所示，探测器展现出优异的性能。在 3V 的反向偏压下，探测器对 254nm 的紫外光响应度达到 370的外部量子效率达到 1.8×105%。
图 1-3 (a) 紫外探测器结构示意图; (b) 探测器的光谱响应图[25]Hu G C 等人[26]通过有机化学气相沉积(MOCVD)设备在 a 面蓝宝石衬底出了高晶体质量的 β-Ga2O3薄膜。薄膜的 XRD 图如图 1-4(a)所示。利用标和剥离技术在薄膜上制备叉指电极，制成 MSM 结构的紫外日盲光探测器。在 20V 的偏压下的光谱响应如图 1-4(b)所示。探测器对 254nm 的紫外响应 A/W,响应的量子效率达到 8228 %。并且通过模拟分析，分析发现高增益过于载流子加速撞击晶格从而出现的雪崩型载流子剧增过程。图 1-4 (a) β-Ga2O3 薄膜的 XRD 图谱; (b) 探测器的光谱响应[26]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Au plasmon enhanced high performance β-Ga2O3 solar-blind photo-detector[J]. Yuehua An,Xulong Chu,Yuanqi Huang,Yusong Zhi,Daoyou Guo,Peigang Li,Zhenping Wu,Weihua Tang. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(01)
[2]氧分压对溅射制备氧化镓薄膜结构及光学带隙的影响[J]. 马海林,苏庆. 物理学报. 2014(11)
[3]热退火对氧化镓薄膜性质的影响[J]. 王新,向嵘,田景全,姜德龙,李野,王国政,端木庆铎. 长春理工大学学报(自然科学版). 2008(04)
博士论文
[1]AlInGaN半导体薄膜的MOVPE生长和光电特性研究[D]. 王东博.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]蓝宝石衬底上氧化镓薄膜的生长与退火研究[D]. 冯艳彬.大连理工大学 2014
本文编号：3303239
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
β-Ga2O3单胞示意图：(a)c轴方向;(b)a轴方向;(c)b轴方向
退火温度的升高使得薄膜出现(401)择优取向，并且由于薄膜晶体质量的薄膜的光学带隙增大。马梅林等人[23]利用直流磁控溅射的方法研究溅射环境中不同氧分压对O3薄膜性质的影响。发现氧分压的增大能够使得沉积 β-Ga2O3薄膜的结晶提高，原因是氧分压的增大使得薄膜中的氧空位数目降低。β-Ga2O3薄膜隙随着氧分压的增大而增大，原因是低氧分压下生长的 β-Ga2O3薄膜中存填隙Ga原子，这些填隙Ga原子提供的弱局域化电子使得薄膜光学带隙变Guo X C 等人[24]利用激光分子束外延(LMBE)的方法，在(100)取向的 p 型制备了具有高晶体质量、高(2 01)取向性的 β-Ga2O3薄膜。由于 β-Ga2O3自空位的存在而显现出的 n 型导电性，因此用该方法在 p 型硅衬底上生O3薄膜，形成 pn 结结构。之后利用射频磁控溅射在 β-Ga2O3薄膜和 Si 衬镀上电极，从而制成如图 1-2(a)所示结构的紫外日盲探测器。如图 1-2(b器在光照和黑暗条件下的电流-电压(I-V)曲线所示，探测器展现出优异的性能。在 3V 的反向偏压下，探测器对 254nm 的紫外光响应度达到 370的外部量子效率达到 1.8×105%。
图 1-3 (a) 紫外探测器结构示意图; (b) 探测器的光谱响应图[25]Hu G C 等人[26]通过有机化学气相沉积(MOCVD)设备在 a 面蓝宝石衬底出了高晶体质量的 β-Ga2O3薄膜。薄膜的 XRD 图如图 1-4(a)所示。利用标和剥离技术在薄膜上制备叉指电极，制成 MSM 结构的紫外日盲光探测器。在 20V 的偏压下的光谱响应如图 1-4(b)所示。探测器对 254nm 的紫外响应 A/W,响应的量子效率达到 8228 %。并且通过模拟分析，分析发现高增益过于载流子加速撞击晶格从而出现的雪崩型载流子剧增过程。图 1-4 (a) β-Ga2O3 薄膜的 XRD 图谱; (b) 探测器的光谱响应[26]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Au plasmon enhanced high performance β-Ga2O3 solar-blind photo-detector[J]. Yuehua An,Xulong Chu,Yuanqi Huang,Yusong Zhi,Daoyou Guo,Peigang Li,Zhenping Wu,Weihua Tang. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(01)
[2]氧分压对溅射制备氧化镓薄膜结构及光学带隙的影响[J]. 马海林,苏庆. 物理学报. 2014(11)
[3]热退火对氧化镓薄膜性质的影响[J]. 王新,向嵘,田景全,姜德龙,李野,王国政,端木庆铎. 长春理工大学学报(自然科学版). 2008(04)
博士论文
[1]AlInGaN半导体薄膜的MOVPE生长和光电特性研究[D]. 王东博.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]蓝宝石衬底上氧化镓薄膜的生长与退火研究[D]. 冯艳彬.大连理工大学 2014
本文编号：3303239
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