【摘要】：紫外(UV)光電探測技術(shù)在民用和軍事等眾多領域具有廣泛的應用,比如生物/化學分析、火焰?zhèn)鞲小⒈Ｃ芡ㄐ�、導彈跟蹤和環(huán)境監(jiān)測等。由于大氣中臭氧層和水蒸氣顆粒物對深紫外光具有極強的吸收和散射作用,使得波長短于280nm的太陽輻射無法穿透大氣層,在地球表面的輻射幾乎為零,因此這一波段的光被稱為日盲光。由于日盲光的自然背景低,在此光譜范圍內(nèi)工作的光電探測器具有背景噪聲低和虛警率低等優(yōu)點。然而,目前商用的日盲光電探測器通常是體積龐大并且易碎的光電倍增管,需要外加大的偏置電壓,這就限制了它在很多方面的使用。寬禁帶(WBG)半導體有許多優(yōu)點,如高輻射強度和本征日盲光譜選擇性等,這為開發(fā)高性能寬禁帶半導體基日盲光電探測器提供了可能,寬禁帶日盲光電探測器被認為是光電倍增管的潛在替代品。近年來,已經(jīng)有各種各樣的寬禁帶半導體被用于研究設計日盲光電探測器,其中包括Al_xGa_(1-x)-x N,Zn_xMg_(1-x)-x O,氧化鎵(Ga_2O_3)和金剛石等。其中Ga_2O_3的禁帶寬度通常在4.4~5.1 eV之間,對應的吸收截止波長約為250~280 nm,可以用于制備具有本征日盲選擇性的紫外探測器。然而目前制備的氧化鎵探測器還存在響應度低、響應速度慢等缺點,制約了氧化鎵在光電探測領域的應用。本論文針對此問題展開研究,以制備高性能氧化鎵日盲紫外探測器為研究目標,取得的主要研究結(jié)果歸納如下:(1)提出利用金剛石/Ga_2O_3異質(zhì)結(jié)構(gòu)建自驅(qū)動日盲紫外探測器:使用微波等離子體化學氣相沉積合成的高質(zhì)量金剛石單晶片上利用等離子體化學氣相沉積技術(shù)沉積Ga_2O_3薄膜,構(gòu)建了金剛石/Ga_2O_3異質(zhì)結(jié)器件。器件具有明顯的整流特性,并可以在無需任何外部電源供電情況下實現(xiàn)對光信號的探測。在零偏壓下,光譜響應峰值位于244 nm,響應度約為0.2 mA W~(-1);紫外/可見抑制比超過兩個數(shù)量級;截止波長為270 nm,表明光電探測器具有良好的日盲光譜選擇性。作為自驅(qū)動器件,在零偏壓下表現(xiàn)出良好的可重復性和周期穩(wěn)定性。利用此器件作為成像系統(tǒng)的感光元件,在無外加偏壓下獲得了高質(zhì)量的日盲成像。(2)構(gòu)建Ga_2O_3陣列探測器件,實現(xiàn)日盲光二維陣列成像。利用等離子體化學氣相沉積技術(shù),制備大面積均勻的Ga_2O_3薄膜,并利用紫外光刻技術(shù)制作4×4光電探測器陣列。其中,每個探測器單元為一個MSM結(jié)構(gòu)的Ga_2O_3探測器。在10 V電壓下,單個光電探測器的暗電流低于4.0×10~(-10)A,響應峰位于256 nm,峰值響應度約為1.2 A W~(-1)。器件紫外/可見光抑制比超過4個數(shù)量級,截止波長位于265 nm,表明此光電探測器對日盲光具有高的光譜選擇性。此外,陣列器件的16個光電探測器單元的光電性能具有較好的一致性和穩(wěn)定性。利用此光電探測器陣列作為感光元件搭建了日盲光成像系統(tǒng),獲得了清晰的二維圖像。
【圖文】：

第 1 章 緒論3最為穩(wěn)定，而其他晶相均為亞穩(wěn)態(tài)，并且可以在溫為β相。β-Ga2O3的晶體結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)如圖 1-1 所=0.3 nm，c=0.58 nm[11]。每個晶胞中包括兩個具有晶其中一個是具有四面體幾何 Ga（I），和另外一個原子以扭曲立方陣列排列，氧原子具有三個結(jié)晶學（I），O（II）和 O（III），其中兩個氧原子為三角配位[12-15]。正是因為 Ga 和 O 原子的不同位置，導致理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性的。例如在（-201），（處的不同導熱性。

使得氧化鎵為本征 n 型半導體，所以 Ga2O3的電阻受周圍氣氛的影a2O3可作為氣體探測材料[19-21]。 熒光基質(zhì)材料：Ga2O3可以通過摻雜 Be、Ge、Sn、S 和 Li 等元素得到綠光峰，也可以通過摻雜 N 元素獲得紅光發(fā)光峰，因此 Ga2O3可作為熒光料[22-24]。) 介電層和透明導電薄膜：由于本征Ga2O3為高電阻材料，，因此可以把G件的絕緣介質(zhì)層，并且 Ga2O3通過摻雜可以制備導電性良好的透明導電) 深紫外光電器件：由于 Ga2O3為寬禁帶直接帶隙半導體材料，所以在光和深紫外探測等領域具有較好的應用潛質(zhì)[26-28]。) 高功率電力電子器件：隨著高鐵、電動汽車以及高壓電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的，世界急切需要具有更高轉(zhuǎn)換效率的高壓大功率電子電力器件，Ga2O件與 GaN 和 SiC 相比，導通電阻更低、功耗更小、更耐高溫、能夠極了高壓器件工作時的電能損失，因此 Ga2O3可以作為更高效更節(jié)能的電料[29]。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN23

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本文編號：2633897