紫外探測器因其廣泛的應(yīng)用而備受關(guān)注,直接寬帶隙透明氧化物半導(dǎo)體Ga_2O_3相較于GaAlN、MgZnO和金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體而言,具有組分簡單、物化性質(zhì)穩(wěn)定、擁有匹配襯底和價格低廉等優(yōu)點,因而在紫外探測領(lǐng)域具有巨大潛力。與結(jié)晶型Ga_2O_3薄膜紫外探測器相比,非晶型Ga_2O_3薄膜紫外探測器具有制備簡單、成本低、能夠大規(guī)模生產(chǎn)、適用于柔性襯底且性能并不亞于結(jié)晶型探測器等諸多優(yōu)點,未來在紫外探測領(lǐng)域越來越重要。未摻雜的Ga_2O_3薄膜帶隙不可調(diào)制,對紫外光探測范圍有限,本文采用In摻雜的手段利用磁控濺射方法制備非晶InGaO_x薄膜MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器,以期調(diào)節(jié)器件的探測范圍,通過優(yōu)化工藝參數(shù)來提高器件性能,并對器件的內(nèi)增益機制進行了分析。以c面藍(lán)寶石為襯底,室溫下純氬氣氣氛中沉積InGaO_x薄膜,研究不同工作壓強對薄膜和器件性能的影響。XRD、AFM和SEM分析表明所制備的薄膜為非晶結(jié)構(gòu)。所有器件都具有兩個響應(yīng)峰,可以實現(xiàn)同時對UVB和UVC的探測。壓強為5 Pa時制備的器件同時獲得了較大的響應(yīng)度(18.059 A/W)和較快的響應(yīng)速度(230μs),器件暗電流的變溫I-V曲線測試說明5 Pa器件中的內(nèi)增益機制為齊納隧穿效應(yīng)。由CFM表征結(jié)果可知,InGaO_x薄膜中暗電流分布不均勻,高阻區(qū)和低阻區(qū)的交替存在可能與薄膜中In、O元素的分布不均勻有關(guān),5 Pa薄膜中高阻區(qū)較薄,因此容易發(fā)生齊納隧穿。但5 Pa器件的暗電流較大(1.20×10~-55 A),光暗電流之比較小(2),需要進一步改善。為了降低器件暗電流,提高光暗電流之比,我們在濺射氣氛中通入少量氧氣來制備InGaO_x薄膜。氧氣流量為1.5 sccm時,器件暗電流最低,為3.85×10~-1111 A,與未通氧器件相比,暗電流下降了6個數(shù)量級;氧流量為0.5 sccm時,器件光暗電流之比高達3937,與未通氧器件相比,光暗電流之比提升了2000倍;通氧后薄膜中氧空位濃度減少,對光生載流子的俘獲作用減弱,同時肖特基勢壘高度的增加導(dǎo)致光生電子-空穴對加速分離,響應(yīng)速度大幅提升,0.5 sccm器件可達33.23μs。通氧條件下制備的器件的缺點是響應(yīng)度大幅下降,0.5 sccm器件響應(yīng)度僅為0.046 A/W,原因是通氧促進了In、O元素的均勻分布,電阻的不均勻性被削弱導(dǎo)致齊納隧穿內(nèi)增益機制消失。為了保持器件中的齊納隧穿內(nèi)增益機制,防止器件響應(yīng)度下降過快,我們對5 Pa壓強下制備的InGaO_x薄膜進行500℃真空退火處理,以減少進入薄膜的氧,維持薄膜中In、O元素的不均勻性。結(jié)果表明500℃真空退火前后器件的響應(yīng)度基本維持不變,而氧空位的減少導(dǎo)致暗電流減小,光暗電流比增加,響應(yīng)速度加快。我們所制備的綜合性能最優(yōu)器件為500℃真空退火器件,其響應(yīng)度為16.458 A/W,響應(yīng)時間為100μs,暗電流為1.28×10~-66 A,光暗電流比為12。
【學(xué)位單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2;TN23
【部分圖文】：

3.6-4.9 eV 之間進行調(diào)制，從而拓寬了 Ga2O3探測器外探測器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀測器研究現(xiàn)狀料制備工藝以及后續(xù)退火工藝的不同，將 Ga2O3紫測器和非晶 Ga2O3紫外探測器。O3紫外探測器，日本的Takayoshi Oshima等人[11]采用等離子體輔制備出(2—01)取向的β-Ga2O3并混有 -Ga2O3相的薄conductorMetal)結(jié)構(gòu)的紫外探測器。如圖 1.1 所示，所尖銳的吸收邊，說明Ga2O3在深紫外探測領(lǐng)域具有偏壓下，器件具有極低的暗電流，1.2nA；經(jīng)過計算效率也低至 18%。

所生長的薄膜在 5.0eV左右表現(xiàn)出非常尖銳的吸收邊，說明Ga2O3在深紫外探測領(lǐng)域具有巨大的潛力。如圖1.2 所示，在 10V偏壓下，器件具有極低的暗電流，1.2nA；經(jīng)過計算，光譜響應(yīng)度只有0.037A/W，量子效率也低至 18%。圖 1.1 Ga2O3薄膜透射光譜（插圖為帶隙擬合圖）同年 12 月，Takayoshi Oshima 等人[12]又采用簡單的真空蒸發(fā)方法在藍(lán)寶石襯底上制備出(100)取向的 β-Ga2O3薄膜，隨后以此制備出垂直結(jié)構(gòu)的肖特基光電探測器。如圖1.3 所示，探測器在±3V 偏壓下表現(xiàn)出整流特性

隨后以此制備出垂直結(jié)構(gòu)的肖特基光電探測器。如圖1.3 所示，探測器在±3V 偏壓下表現(xiàn)出整流特性，整流率高達 106，并且在反向偏壓下，對深紫外線具有探測能力。如圖 1.4 所示，在 10V 偏壓下，探測器探測波長范圍為 200-260 nm 之間的光時，光譜響應(yīng)度高達 2.6-8.7 A/W，這些值比假設(shè)內(nèi)部量子效率為 1 時得到的值都高 35-100 倍
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉志文;谷建峰;付偉佳;孫成偉;李勇;張慶瑜;;工作氣壓對磁控濺射ZnO薄膜結(jié)晶特性及生長行為的影響[J];物理學(xué)報;2006年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 韓舜;MgZnO薄膜及其紫外光電探測器制備和特性研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 黃小玲;Ga_2O_(3-x)薄膜日盲紫外探測器的制備和特性研究[D];深圳大學(xué);2017年

2 溫喜章;IGZO-TFT器件的制備工藝探索及性能優(yōu)化[D];深圳大學(xué);2016年

本文編號：2844377