自支撑氧化镓薄膜的生长与器件应用研究
发布时间：2021-07-04 19:21
Ga2O3,一种超宽带隙（Eg～4.9 eV）透明氧化物半导体材料,具有高击穿场强、耐高温、抗辐射性强、化学稳定性好等特性,在微纳光电子领域有很好的应用前景。Ga2O3可用来制备光电探测器、紫外滤光片、场效应晶体管、光电倍增管、信息存储器、气敏传感器、可见光LED、紫外LED、太阳能电池、荧光发光器等器件;可用于净化水源、分解污染物、制备环保能源H2等光催化领域;同时在透明导电电极、光学窗口、紫外通信等多方面有重要的应用潜力。随着可穿戴电子产品、柔性器件、软机器人等的快速发展,大面积、轻柔、易携带、便捷式传感器的需求在不断增加,Ga2O3薄膜在柔性衬底上的集成是制造Ga2O3基柔性电子器件的有效途径。目前主要有2种方式制备Ga2O3薄膜基柔性器件:直接在有机柔性衬底上沉积Ga2O3薄膜和机械剥离法获得Ga2O3薄膜。由于直接在柔性衬底上沉积的薄膜是非晶态;机械剥离法获得的Ga2O3薄膜厚度、面积难以控制,薄膜易碎、易损坏。本文在先分别研究、优化Ga2O3薄膜和Sr3Al2O6薄膜沉积条件的前提下,利用优化后的Ga2O3薄膜和Sr3Al2O6薄膜沉积参数在Si衬底上先后沉积水溶牺牲Sr3...
【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】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１不同材料在不同功率－频率电力电子器件的应用范围明??显然，超禁带导体必将是半导体业化中不可或缺、可替代的补充，??
常数为ｌ（ＫＧａ２〇３的历史可以追溯到１８７５年Ｌｅｃｏｑ?Ｄｅ?Ｂｏｉｓｂａｕｄｒａｎ??对Ｇａ元素及其化合物的发现［２５］。合成Ｇａ２〇３的Ｇａ元素在地球地壳中的储量仅??为百万分之十五，Ｇａ是一种稀有分散金属元素［２６Ｌ??／？－Ｇａ，０、??〇－Ｇａ；Ｑ＾??顧：：囊：??窆?：：／；?ｉ?！＼?；?／??＝?：Ｖｉ?ｉ?ｉ?＼?！?／??ｗ?２?：?Ｎ?！?＇?２＇丨▽??Ｓ?２??■?？?？?＜?ｉ??Ｖ?Ｚ?「Ａ?ＭＬ?Ｌ?ｚ?ｒ?Ｆ??图１?－２第一性原理计算Ｇａ２０３的能带结构丨２８】??很多文献中通过第一性原理来计算了?Ｇａ２０３能带结构，理论上／Ｊ－Ｇａ２０３和??？－Ｇａ２０３都为间接带隙半导体材料［１７，２８，２９］。图１－２是通过第一性原理计算的??ｙ９－Ｇａ２〇３和ａ＿Ｇａ２〇３能带结构，从图中可以看出，对于Ｐ＿Ｇａ；：〇３，计算得到的导市??底在ｒ位点，价带顶在Ｍ位点，ｒ位点导带底正对的价带顶比Ｍ位点小０．０３?ｅＶ，??故＃－Ｇａ：！〇３直接带隙比间接带隙低０．０３?ｅＶ＾。同理，计算得到的《－Ｇａ：！〇３的导带??底在ｒ位点，价带顶在Ｆ位点，ｒ位点导带底正对的价带顶比Ｆ位点小０．０５?ｅＶ＃３，?＾??ｋｏｔ－ＧｔＯａ直接带隙比间接带隙低〇．〇５?ｅＶ丨２７气因此理论上／？－Ｇａ２０３和《－〇３：０３??都为间接带隙半导体村料。但由于直接带隙仅比间接带隙低〇．〇３－〇．〇５?ｅＶ，而且??
?第一章绪论???化成ｃｔ－Ｇａ２０３，因此在高压下最稳定的是《－。３２〇３問，在—定的条件下，其它晶型??Ｇａ２０３都可以转化成为／？－Ｇａ２０３，在高温下稳定性较好的是糸Ｇａ２０３［３ｌ］。介于??失Ｇａ２０３的稳定性及其较为成熟的传统熔化生长技术，目前研宄最为广泛的是??Ｐ－Ｇａ２０３，其次是《－Ｇａ２０３和｝＞－Ｇａ２０３。文献中报道的ＳＢＤ器件中，ａ－Ｇａ２０３相比??于斤Ｇａ２０３表现出更高的击穿电压，以及更低的导通电阻＾５。图１－３是对Ｇａ２０３??同分异构体的发展现状总结。??Ｔｈｅｏｒｙ??ｚ：?ｉ＇??Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ??Ｄｉｏｄｅｓ?广、Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ??Ｅｐｉ－ｌａｙｅｒ??图１－３?Ｇａ２０３的同分异构体技术发展现状［９］７３??１．２．２?Ｇａ２０３半导体基本特性??Ｇａ２０３作为一种半导体材料，首先具有半导体的４个基本物理特性：电阻率??随温度升高而降低的特性［３８］、光电导特性｜３ｑ】、整流特性１４（）】及光伏特性１４１１。??Ｇａ：０３电阻随温度升高而降低，这种特性属于热敏特性，且属于热敏特性中??的负温度系数热敏电阻器（ＮＴＣ）?Ｉ４２］，可以用来制备基于Ｇａ２０３的热敏传感器、??Ｇａ２０３热敏电阻。但值得注意的是，温度对Ｇａ２０３的电导率、光电导率、禁带宽??度等特性都会有影响，因此在基于Ｇａ２０３的电￥电子、光电器件应用中，需做好??散热措施，及时散热，保证器件的正常使用。１??Ｇａ：；〇３具有光电导特性，光电导特性是一种内光电效应。由于Ｇａ２〇３的光学??带隙？４．９ｅＶ，能量＞４．９ｅＶ?（即波长＜２５４?ｎｍ）的电磁波照射Ｇａ２〇３，会激发光?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Review of gallium-oxide-based solar-blind ultraviolet photodetectors[J]. XUANHU CHEN,FANGFANG REN,SHULIN GU,JIANDONG YE. Photonics Research. 2019(04)
[2]Synthesis of free-standing Ga2O3 films for flexible devices by water etching of Sr3Al2O6 sacrificial layers[J]. 王霞,吴真平,崔尉,支钰崧,李志鹏,李培刚,郭道友,唐为华. Chinese Physics B. 2019(01)
[3]超薄类皮肤固体电子器件研究进展[J]. 陈颖,陈毅豪,李海成,陆炳卫,冯雪. 中国科学:信息科学. 2018(06)
[4]Growth of β-Ga2O3 Films on Sapphire by Hydride Vapor Phase Epitaxy[J]. 熊泽宁,修向前,李悦文,华雪梅,谢自力,陈鹏,刘斌,韩平,张荣,郑有炓. Chinese Physics Letters. 2018(05)
[5]Characterization of vertical Au/β-Ga2O3 single-crystal Schottky photodiodes with MBE-grown high-resistivity epitaxial layer[J]. 刘兴钊,岳超,夏长泰,张万里. Chinese Physics B. 2016(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
本文编号：3265387
【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】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１不同材料在不同功率－频率电力电子器件的应用范围明??显然，超禁带导体必将是半导体业化中不可或缺、可替代的补充，??
常数为ｌ（ＫＧａ２〇３的历史可以追溯到１８７５年Ｌｅｃｏｑ?Ｄｅ?Ｂｏｉｓｂａｕｄｒａｎ??对Ｇａ元素及其化合物的发现［２５］。合成Ｇａ２〇３的Ｇａ元素在地球地壳中的储量仅??为百万分之十五，Ｇａ是一种稀有分散金属元素［２６Ｌ??／？－Ｇａ，０、??〇－Ｇａ；Ｑ＾??顧：：囊：??窆?：：／；?ｉ?！＼?；?／??＝?：Ｖｉ?ｉ?ｉ?＼?！?／??ｗ?２?：?Ｎ?！?＇?２＇丨▽??Ｓ?２??■?？?？?＜?ｉ??Ｖ?Ｚ?「Ａ?ＭＬ?Ｌ?ｚ?ｒ?Ｆ??图１?－２第一性原理计算Ｇａ２０３的能带结构丨２８】??很多文献中通过第一性原理来计算了?Ｇａ２０３能带结构，理论上／Ｊ－Ｇａ２０３和??？－Ｇａ２０３都为间接带隙半导体材料［１７，２８，２９］。图１－２是通过第一性原理计算的??ｙ９－Ｇａ２〇３和ａ＿Ｇａ２〇３能带结构，从图中可以看出，对于Ｐ＿Ｇａ；：〇３，计算得到的导市??底在ｒ位点，价带顶在Ｍ位点，ｒ位点导带底正对的价带顶比Ｍ位点小０．０３?ｅＶ，??故＃－Ｇａ：！〇３直接带隙比间接带隙低０．０３?ｅＶ＾。同理，计算得到的《－Ｇａ：！〇３的导带??底在ｒ位点，价带顶在Ｆ位点，ｒ位点导带底正对的价带顶比Ｆ位点小０．０５?ｅＶ＃３，?＾??ｋｏｔ－ＧｔＯａ直接带隙比间接带隙低〇．〇５?ｅＶ丨２７气因此理论上／？－Ｇａ２０３和《－〇３：０３??都为间接带隙半导体村料。但由于直接带隙仅比间接带隙低〇．〇３－〇．〇５?ｅＶ，而且??
?第一章绪论???化成ｃｔ－Ｇａ２０３，因此在高压下最稳定的是《－。３２〇３問，在—定的条件下，其它晶型??Ｇａ２０３都可以转化成为／？－Ｇａ２０３，在高温下稳定性较好的是糸Ｇａ２０３［３ｌ］。介于??失Ｇａ２０３的稳定性及其较为成熟的传统熔化生长技术，目前研宄最为广泛的是??Ｐ－Ｇａ２０３，其次是《－Ｇａ２０３和｝＞－Ｇａ２０３。文献中报道的ＳＢＤ器件中，ａ－Ｇａ２０３相比??于斤Ｇａ２０３表现出更高的击穿电压，以及更低的导通电阻＾５。图１－３是对Ｇａ２０３??同分异构体的发展现状总结。??Ｔｈｅｏｒｙ??ｚ：?ｉ＇??Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ??Ｄｉｏｄｅｓ?广、Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ??Ｅｐｉ－ｌａｙｅｒ??图１－３?Ｇａ２０３的同分异构体技术发展现状［９］７３??１．２．２?Ｇａ２０３半导体基本特性??Ｇａ２０３作为一种半导体材料，首先具有半导体的４个基本物理特性：电阻率??随温度升高而降低的特性［３８］、光电导特性｜３ｑ】、整流特性１４（）】及光伏特性１４１１。??Ｇａ：０３电阻随温度升高而降低，这种特性属于热敏特性，且属于热敏特性中??的负温度系数热敏电阻器（ＮＴＣ）?Ｉ４２］，可以用来制备基于Ｇａ２０３的热敏传感器、??Ｇａ２０３热敏电阻。但值得注意的是，温度对Ｇａ２０３的电导率、光电导率、禁带宽??度等特性都会有影响，因此在基于Ｇａ２０３的电￥电子、光电器件应用中，需做好??散热措施，及时散热，保证器件的正常使用。１??Ｇａ：；〇３具有光电导特性，光电导特性是一种内光电效应。由于Ｇａ２〇３的光学??带隙？４．９ｅＶ，能量＞４．９ｅＶ?（即波长＜２５４?ｎｍ）的电磁波照射Ｇａ２〇３，会激发光?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Review of gallium-oxide-based solar-blind ultraviolet photodetectors[J]. XUANHU CHEN,FANGFANG REN,SHULIN GU,JIANDONG YE. Photonics Research. 2019(04)
[2]Synthesis of free-standing Ga2O3 films for flexible devices by water etching of Sr3Al2O6 sacrificial layers[J]. 王霞,吴真平,崔尉,支钰崧,李志鹏,李培刚,郭道友,唐为华. Chinese Physics B. 2019(01)
[3]超薄类皮肤固体电子器件研究进展[J]. 陈颖,陈毅豪,李海成,陆炳卫,冯雪. 中国科学:信息科学. 2018(06)
[4]Growth of β-Ga2O3 Films on Sapphire by Hydride Vapor Phase Epitaxy[J]. 熊泽宁,修向前,李悦文,华雪梅,谢自力,陈鹏,刘斌,韩平,张荣,郑有炓. Chinese Physics Letters. 2018(05)
[5]Characterization of vertical Au/β-Ga2O3 single-crystal Schottky photodiodes with MBE-grown high-resistivity epitaxial layer[J]. 刘兴钊,岳超,夏长泰,张万里. Chinese Physics B. 2016(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
本文编号：3265387
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