基于氧化镓薄膜的异质结构制备及其性能研究

发布时间：2017-04-29 11:05

  本文关键词：基于氧化镓薄膜的异质结构制备及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着信息微电子技术的发展,宽禁带半导体以其优良的性能和较低的能耗越来越受到人们的关注。其中,氧化镓是一种具有直接带隙的宽禁带半导体材料,其禁带宽度为4.9eV,因其具有较高的禁带宽度、较高的击穿电压、优良的紫外透过性能而受到越来越多的科研人员的关注。β-Ga_2O_3因存在氧空位缺陷而成为一种本征n型氧化物半导体,人们在实验中比较难制得p型Ga_2O_3,但可以在其他材料上生长n型Ga_2O_3薄膜,研究Ga_2O_3与其他材料(特别是p型材料)形成的异质结,从而探索β-Ga_2O_3可能存在的相关性能,挖掘β-Ga_2O_3潜在的应用前景。本文采用磁控溅射技术和脉冲激光沉积技术在蓝宝石衬底上制备了氧化镓薄膜,研究了不同生长温度对氧化镓薄膜的影响。随后采用正交实验法探索了制备氧化亚铜薄膜所需的条件。并在此基础上以ITO为衬底制备了Ga_2O_3/Cu_2O异质结,测量了该结构的阻变性能,并对其物理机制进行了研究。本论文的主要研究工作及取得的成果具体归纳如下:1、分别采用磁控溅射和脉冲激光沉积制备了氧化镓薄膜,研究了制备氧化镓薄膜时衬底温度对所得产物的影响,并对所制薄膜做了一定的表征。实验发现采用磁控溅射得到的薄膜的结晶性能随着温度的升高而逐渐变好,而通过脉冲激光沉积技术所制得的薄膜在600℃以下以非晶态氧化镓为主,薄膜没有产生明显的结晶,而在700℃以上时薄膜产生了明显的结晶。进一步研究发现,在750℃制备的氧化镓薄膜致密均匀、质量较好。2、以金属铜为靶材采用磁控溅射法制备铜氧化物薄膜。通过改变温度、气流量、溅射功率等条件,研究了不同因素对薄膜的晶体结构以及薄膜质量的影响,探索了制备氧化亚铜薄膜所需的条件。通过实验发现氧化亚铜薄膜的结晶程度以及晶体的生长取向主要和温度的变化有关,气流量的变化则影响了薄膜中铜的价态,而溅射功率则主要影响了薄膜的生长速度。3、在ITO衬底上制备了Ga_2O_3/Cu_2O异质结,测量该异质结的电学性能,通过测量发现该异质结存在双极型阻变和单极型阻变共存的现象。进一步测量其阻变性能的稳定性,发现该异质结的具有良好的保持特性和循环特性,且SET和RESET电压变化范围比较稳定。通过公式拟合进一步分析该异质结中的阻变机理,发现这种阻变现象可能与Ga_2O_3/Cu_2O异质结中界面附近陷阱的捕获和释放效应以及氧空位的移动有关。
【关键词】：氧化镓 薄膜制备 氧化亚铜 异质结构 阻变现象
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ133.51;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 前言9-10
• 1.2 氧化镓材料简介10-13
• 1.2.1 β-Ga_2O_3的结构及性能10-11
• 1.2.2 β-Ga_2O_3的研究现状及应用前景11-13
• 1.3 氧化镓基异质结研究进展13-14
• 1.4 氧化亚铜的相关结构及性能14-15
• 1.4.1 Cu_2O的结构与性能14-15
• 1.4.2 Cu_2O的研究现状及应用前景15
• 1.5 阻变存储器简介15-22
• 1.5.1 阻变存储器的组成结构、材料及阻变类型16-18
• 1.5.2 阻变存储器的电阻转变机制18-22
• 1.6 本论文工作的目的、内容和意义22-23
• 参考文献23-27
• 第二章 薄膜的制备及表征技术27-38
• 2.1 薄膜生长过程简介27-28
• 2.2 β-Ga_2O_3薄膜制备技术28-31
• 2.2.1 磁控溅射法28-30
• 2.2.2 脉冲激光沉积技术(PLD)30-31
• 2.3 薄膜的表征技术31-36
• 2.3.1 X射线衍射法(XRD)31-32
• 2.3.2 场发射扫描电子显微镜(SEM)32-34
• 2.3.3 紫外可见吸收谱(UV-Vis Spectra)34
• 2.3.4 低能电子衍射(RHEED)34-36
• 参考文献36-38
• 第三章 氧化镓薄膜的制备38-47
• 3.1 薄膜制备前的准备过程38-39
• 3.1.1 衬底的清洗38-39
• 3.1.2 衬底的安装39
• 3.2 磁控溅射法制备 β-Ga_2O_3薄膜39-41
• 3.3 脉冲激光沉积制备 β-Ga_2O_3薄膜41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 参考文献46-47
• 第四章 氧化亚铜薄膜的生长条件探索47-55
• 4.1 沉积温度对Cu_2O薄膜的影响47-50
• 4.2 气流量对Cu_2O薄膜的影响50-52
• 4.3 溅射功率对Cu_2O薄膜的影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 参考文献54-55
• 第五章 Ga_2O_3/Cu_2O异质结制备及性能研究55-65
• 5.1 ITO衬底上Ga_2O_3/Cu_2O异质结薄膜的制备55-56
• 5.2 Ga_2O_3/Cu_2O异质结阻变性能56-59
• 5.3 Ga_2O_3/Cu_2O异质结阻变机理分析59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 参考文献63-65
• 第六章 结论65-66
• 致谢66-67
• 硕士期间发表的论文67

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本文编号：334732