高质量氧化镓薄膜的生长及氧化镓日盲光电探测器阵列的制备
发布时间：2021-11-06 13:44
日盲紫外光电探测器（PD）能够不受太阳光背景的影响,针对200到280 nm紫外波段的信号进行探测,在军事领域和民用监测方面有越来越多的应用,例如导弹跟踪,火灾探测,臭氧空洞、化学/生物分析等。对于半导体合金,高质量的外延AlGaN膜由于生长需要较高的温度而难以制备,锌矿相的ZnMgO薄膜也难以获得,而且带隙的不匹配导致探测器不能用于检测整个深紫外区域。最近,基于单斜晶系氧化镓（β-Ga2O3）的研究已经被广泛研究,因为它具有～4.9 eV的合适带隙,对应的吸收波长约为253 nm,在紫外区拥有很高的光电响应特性,非常适合用于制备高性能日盲深紫外光电探测器。本文首次设计和制造了16 × 16,8 × 8和4 × 4的高度集成金属-半导体-金属（MSM）结构的光电探测器阵列,为拥有广泛应用前景的高性能探测器阵列的开发和应用做下一些基础性工作。主要的研究成果如下:（1）以直径为两英寸的c面蓝宝石单晶为衬底,利用磁控溅射法制备出沿着（201）晶面择优生长的β-Ga2O3外延薄膜,生长条件为氩气环境1 Pa、衬底温度750℃,溅射功率80 W,制备的薄膜厚度约为200 nm。（2）设计出探测器...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）ｙｇ－Ｇａ２０３传统的晶胞，２种不同位置的Ｇａ用大球表示，３种不同位置的０用不同颜色的??小球标出（ｂ）同样的颜色组合的ｙ５－Ｇａ２０３的原胞［１１】??
其晶胞中包括４个Ｇａ原子和２４个０原子，Ｇａ原子在晶体结构中有两种不??同的位置，分别是被〇原子包围构成的正四面体和正八面体，〇则有三种不同的位??置。片Ｇａ２０３的晶胞和原胞结构如下图１－２所示，纯炉Ｇａ２０３往往呈现出本征ｎ型半??导体的特征，这是由于在灸Ｇａ２０３的晶体结构不管哪个低密勒指数晶面暴露在外，其??表面都容易形成氧空位缺陷［１（）］。??。气＇??：Ｕ揚。??（ｂ），—：??／丄Ｌ參Ｎ????＇?’一??图１－２?（ａ）ｙｇ－Ｇａ２０３传统的晶胞，２种不同位置的Ｇａ用大球表示，３种不同位置的０用不同颜色的??小球标出（ｂ）同样的颜色组合的ｙ５－Ｇａ２０３的原胞［１１】??２??
日盲紫外探测器在工农业生产及日常生活等方方面面发挥着越来越大的作??用［２１，２２］，具有诱人的应用前景和巨大的发展潜力，日盲紫外光电探测器的相关应用??如图１－３所示。??在微电子技术的发展的进程中，光电倍增管和位敏器件已经不是紫外探测领域??常用的器件，由半导体材料制造的第三代器件崭露锋芒，基于宽禁带半导体的日盲??紫外探测器因其体积小、寿命长和功耗低等优点，逐步取代真空光电管成为了当前??的主流研究方向。目前己经能够通过各单项工艺的比较，优化器件制作的工艺流程，??制备出单个高性能的日盲型紫外探测器，它们响应速度快，光暗电流比高、体重小、??功耗低、量子效率高、便于集成。??紫外探测器对紫外辐射具有很高的响应，日盲紫外探测器的光谱响应区集中在??中紫外波段（２００－２８０?ｎｍ），这要求半导体材料的禁带宽度大于４．４?ｅＶ，尽管ＧａＮ、??ＺｎＯ、ＳｉＣ等宽禁带半导体材料近年来发展迅速
【参考文献】：
期刊论文
[1]超宽禁带半导体β-Ga2O3单晶生长突破2英寸[J]. 唐慧丽,何诺天,罗平,郭超,李秋,吴锋,王庆国,潘星宇,刘波,徐军. 人工晶体学报. 2017(12)
[2]ALD氧化铝薄膜介电性能及其在硅电容器的应用[J]. 陈杰,李俊,赵金茹,李幸和,许生根. 电子与封装. 2013(09)
[3]原子层沉积制备Al2O3薄膜的光学性能研究[J]. 何俊鹏,章岳光,沈伟东,刘旭,顾培夫. 光学学报. 2010(01)
[4]氧化镓的制备及其光学性质的研究[J]. 张梅,何鑫,吴坤斌,曾庆光. 广州化工. 2009(05)
[5]工艺参数对直流反应磁控溅射ZnO:Al薄膜沉积速率的影响[J]. 邹上荣,王海燕,耿梅艳,穆慧. 真空. 2009(02)
[6]磁控溅射沉积工艺条件对薄膜厚度均匀性的影响[J]. 温培刚,颜悦,张官理,望咏林. 航空材料学报. 2007(03)
[7]基于导弹羽烟紫外辐射的日盲型探测器[J]. 李炳军,江文杰,梁永辉. 航天电子对抗. 2006(06)
[8]空间用紫外探测及AlGaN探测器的研究进展[J]. 张燕,龚海梅,白云,陈亮,许金通,汤英文,游达,赵德刚,郭丽伟,李向阳. 激光与红外. 2006(11)
[9]GaN基紫外探测器及其研究进展[J]. 李向阳,许金通,汤英文,李雪,张燕,龚海梅,赵德刚,杨辉. 红外与激光工程. 2006(03)
[10]紫外告警技术综述[J]. 胡绍华,冷锋,卢峰. 舰船电子对抗. 2005(01)
博士论文
[1]Ga2O3外延薄膜生长与电场调控光电性能研究[D]. 崔尉.北京邮电大学 2018
[2]Ga2O3异质结及Au纳米颗粒复合增强的日盲紫外探测器研究[D]. 安跃华.北京邮电大学 2017
[3]氧化镓光电探测与信息存储器件研究[D]. 郭道友.北京邮电大学 2016
[4]Ga2O3薄膜的电子束蒸发制备与掺杂及其性质研究[D]. 程轶.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]氧化镓薄膜的制备及氢退火研究[D]. 牛成军.大连理工大学 2016
[2]氧化镓生长取向和形貌的控制研究[D]. 庄睿.大连理工大学 2014
[3]L-MBE法制备β-Ga2O3薄膜及其掺杂和光敏特性的研究[D]. 王国锋.浙江理工大学 2014
[4]BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3多层薄膜的制备与表征[D]. 姜平.浙江理工大学 2011
[5]Mn掺杂Ga2O3薄膜的制备、结构和光学性能研究[D]. 胡帆.郑州大学 2009
[6]用PLD法沉积YBCO超导薄膜的研究[D]. 高菲.北京工业大学 2006
本文编号：3479940
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）ｙｇ－Ｇａ２０３传统的晶胞，２种不同位置的Ｇａ用大球表示，３种不同位置的０用不同颜色的??小球标出（ｂ）同样的颜色组合的ｙ５－Ｇａ２０３的原胞［１１】??
其晶胞中包括４个Ｇａ原子和２４个０原子，Ｇａ原子在晶体结构中有两种不??同的位置，分别是被〇原子包围构成的正四面体和正八面体，〇则有三种不同的位??置。片Ｇａ２０３的晶胞和原胞结构如下图１－２所示，纯炉Ｇａ２０３往往呈现出本征ｎ型半??导体的特征，这是由于在灸Ｇａ２０３的晶体结构不管哪个低密勒指数晶面暴露在外，其??表面都容易形成氧空位缺陷［１（）］。??。气＇??：Ｕ揚。??（ｂ），—：??／丄Ｌ參Ｎ????＇?’一??图１－２?（ａ）ｙｇ－Ｇａ２０３传统的晶胞，２种不同位置的Ｇａ用大球表示，３种不同位置的０用不同颜色的??小球标出（ｂ）同样的颜色组合的ｙ５－Ｇａ２０３的原胞［１１】??２??
日盲紫外探测器在工农业生产及日常生活等方方面面发挥着越来越大的作??用［２１，２２］，具有诱人的应用前景和巨大的发展潜力，日盲紫外光电探测器的相关应用??如图１－３所示。??在微电子技术的发展的进程中，光电倍增管和位敏器件已经不是紫外探测领域??常用的器件，由半导体材料制造的第三代器件崭露锋芒，基于宽禁带半导体的日盲??紫外探测器因其体积小、寿命长和功耗低等优点，逐步取代真空光电管成为了当前??的主流研究方向。目前己经能够通过各单项工艺的比较，优化器件制作的工艺流程，??制备出单个高性能的日盲型紫外探测器，它们响应速度快，光暗电流比高、体重小、??功耗低、量子效率高、便于集成。??紫外探测器对紫外辐射具有很高的响应，日盲紫外探测器的光谱响应区集中在??中紫外波段（２００－２８０?ｎｍ），这要求半导体材料的禁带宽度大于４．４?ｅＶ，尽管ＧａＮ、??ＺｎＯ、ＳｉＣ等宽禁带半导体材料近年来发展迅速
【参考文献】：
期刊论文
[1]超宽禁带半导体β-Ga2O3单晶生长突破2英寸[J]. 唐慧丽,何诺天,罗平,郭超,李秋,吴锋,王庆国,潘星宇,刘波,徐军. 人工晶体学报. 2017(12)
[2]ALD氧化铝薄膜介电性能及其在硅电容器的应用[J]. 陈杰,李俊,赵金茹,李幸和,许生根. 电子与封装. 2013(09)
[3]原子层沉积制备Al2O3薄膜的光学性能研究[J]. 何俊鹏,章岳光,沈伟东,刘旭,顾培夫. 光学学报. 2010(01)
[4]氧化镓的制备及其光学性质的研究[J]. 张梅,何鑫,吴坤斌,曾庆光. 广州化工. 2009(05)
[5]工艺参数对直流反应磁控溅射ZnO:Al薄膜沉积速率的影响[J]. 邹上荣,王海燕,耿梅艳,穆慧. 真空. 2009(02)
[6]磁控溅射沉积工艺条件对薄膜厚度均匀性的影响[J]. 温培刚,颜悦,张官理,望咏林. 航空材料学报. 2007(03)
[7]基于导弹羽烟紫外辐射的日盲型探测器[J]. 李炳军,江文杰,梁永辉. 航天电子对抗. 2006(06)
[8]空间用紫外探测及AlGaN探测器的研究进展[J]. 张燕,龚海梅,白云,陈亮,许金通,汤英文,游达,赵德刚,郭丽伟,李向阳. 激光与红外. 2006(11)
[9]GaN基紫外探测器及其研究进展[J]. 李向阳,许金通,汤英文,李雪,张燕,龚海梅,赵德刚,杨辉. 红外与激光工程. 2006(03)
[10]紫外告警技术综述[J]. 胡绍华,冷锋,卢峰. 舰船电子对抗. 2005(01)
博士论文
[1]Ga2O3外延薄膜生长与电场调控光电性能研究[D]. 崔尉.北京邮电大学 2018
[2]Ga2O3异质结及Au纳米颗粒复合增强的日盲紫外探测器研究[D]. 安跃华.北京邮电大学 2017
[3]氧化镓光电探测与信息存储器件研究[D]. 郭道友.北京邮电大学 2016
[4]Ga2O3薄膜的电子束蒸发制备与掺杂及其性质研究[D]. 程轶.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]氧化镓薄膜的制备及氢退火研究[D]. 牛成军.大连理工大学 2016
[2]氧化镓生长取向和形貌的控制研究[D]. 庄睿.大连理工大学 2014
[3]L-MBE法制备β-Ga2O3薄膜及其掺杂和光敏特性的研究[D]. 王国锋.浙江理工大学 2014
[4]BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3多层薄膜的制备与表征[D]. 姜平.浙江理工大学 2011
[5]Mn掺杂Ga2O3薄膜的制备、结构和光学性能研究[D]. 胡帆.郑州大学 2009
[6]用PLD法沉积YBCO超导薄膜的研究[D]. 高菲.北京工业大学 2006
本文编号：3479940
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