作為新型的第三代寬禁帶半導體材料,氧化鎵由于自身的優(yōu)異性能,在紫外探測、高頻功率器件等領域吸引了越來越多的關注和研究。本文利用射頻磁控濺射和管式爐熱退火的方法分別在石英襯底、硅襯底和藍寶石襯底上制備β-Ga₂O₃薄膜。利用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、紫外-可見分光光度計（UV-Vis）等分析測試手段,研究了射頻磁控濺射和熱退火工藝參數(shù)對薄膜結晶性、微觀形貌和光學性質(zhì)的影響。通過標準光刻工藝和剝離技術制備β-Ga₂O₃薄膜MSM型紫外日盲探測器,從而研究薄膜的光電性能。本文主要內(nèi)容包括:利用非晶的石英襯底對磁控濺射法生長β-Ga₂O₃薄膜的基本工藝參數(shù)進行初步探索。經(jīng)過一系列實驗,分析這些工藝參數(shù)對薄膜的結構和光學性質(zhì)的影響。利用XRD分析薄膜的結晶取向,通過計算得出晶粒尺寸;利用SEM測試樣品截面,得出薄膜沉積速率;通過紫外-可見分光光度計分析薄膜的光學透過性,通過計算得出薄膜的光學帶隙。優(yōu)化的薄膜制備基本參數(shù)為:濺射襯底溫度為室溫,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

β-Ga2O3單胞示意圖：(a)c軸方向;(b)a軸方向;(c)b軸方向

退火溫度的升高使得薄膜出現(xiàn)(401)擇優(yōu)取向，并且由于薄膜晶體質(zhì)量的薄膜的光學帶隙增大。馬梅林等人[23]利用直流磁控濺射的方法研究濺射環(huán)境中不同氧分壓對O3薄膜性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)氧分壓的增大能夠使得沉積 β-Ga2O3薄膜的結晶提高，原因是氧分壓的增大使得薄膜中的氧空位數(shù)目降低。β-Ga2O3薄膜隙隨著氧分壓的增大而增大，原因是低氧分壓下生長的 β-Ga2O3薄膜中存填隙Ga原子，這些填隙Ga原子提供的弱局域化電子使得薄膜光學帶隙變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 型制備了具有高晶體質(zhì)量、高(2 01)取向性的 β-Ga2O3薄膜。由于 β-Ga2O3自空位的存在而顯現(xiàn)出的 n 型導電性，因此用該方法在 p 型硅襯底上生O3薄膜，形成 pn 結結構。之后利用射頻磁控濺射在 β-Ga2O3薄膜和 Si 襯鍍上電極，從而制成如圖 1-2(a)所示結構的紫外日盲探測器。如圖 1-2(b器在光照和黑暗條件下的電流-電壓(I-V)曲線所示，探測器展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。在 3V 的反向偏壓下，探測器對 254nm 的紫外光響應度達到 370的外部量子效率達到 1.8×105%。

圖 1-3 (a) 紫外探測器結構示意圖; (b) 探測器的光譜響應圖[25]Hu G C 等人[26]通過有機化學氣相沉積(MOCVD)設備在 a 面藍寶石襯底出了高晶體質(zhì)量的 β-Ga2O3薄膜。薄膜的 XRD 圖如圖 1-4(a)所示。利用標和剝離技術在薄膜上制備叉指電極，制成 MSM 結構的紫外日盲光探測器。在 20V 的偏壓下的光譜響應如圖 1-4(b)所示。探測器對 254nm 的紫外響應 A/W,響應的量子效率達到 8228 %。并且通過模擬分析，分析發(fā)現(xiàn)高增益過于載流子加速撞擊晶格從而出現(xiàn)的雪崩型載流子劇增過程。圖 1-4 (a) β-Ga2O3 薄膜的 XRD 圖譜; (b) 探測器的光譜響應[26]

【參考文獻】：
期刊論文
[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]氧分壓對濺射制備氧化鎵薄膜結構及光學帶隙的影響[J]. 馬海林,蘇慶.  物理學報. 2014(11)
[3]熱退火對氧化鎵薄膜性質(zhì)的影響[J]. 王新,向嶸,田景全,姜德龍,李野,王國政,端木慶鐸.  長春理工大學學報(自然科學版). 2008(04)

博士論文
[1]AlInGaN半導體薄膜的MOVPE生長和光電特性研究[D]. 王東博.哈爾濱工業(yè)大學 2013

碩士論文
[1]藍寶石襯底上氧化鎵薄膜的生長與退火研究[D]. 馮艷彬.大連理工大學 2014



本文編號：3303239