【摘要】：氧化鎵是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,具有諸多優(yōu)異的物理特性(如:禁帶寬度大,～4.9 eV;擊穿電場強(qiáng)度大,～8 MV/cm等),在場效應(yīng)晶體管、日盲光電探測器、透明導(dǎo)電電極、信息存儲器、氣敏傳感器、LED基板等器件中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。近年來特別是高質(zhì)量2英寸氧化鎵單晶的成功獲得以來,氧化鎵材料受到各國科研人員的高度關(guān)注,并正形成熱點,首屆氧化鎵及相關(guān)材料專題國際研討會也于2015年11月在日本京都大學(xué)召開。博士期間置身于學(xué)術(shù)前沿,弄潮爭先,結(jié)合北京郵電大學(xué)的學(xué)科特色開展氧化鎵薄膜材料在光電探測器、磁半導(dǎo)體存儲器和阻變存儲器方面的應(yīng)用研究,取得以下幾個方面的成果:(1).采用激光分子束外延技術(shù)研究了不同襯底、氧壓、溫度、激光能量、頻率等對氧化鎵薄膜晶相、結(jié)晶質(zhì)量、帶隙等性能的影響。結(jié)果表明,在c面藍(lán)寶石襯底上容易實現(xiàn)沿(201)晶面擇優(yōu)生長的β-Ga203薄膜,而在m面藍(lán)寶石襯底上容易獲得沿(300)晶面取向的α-Ga2O3薄膜,β-Ga203和α-Ga2O3薄膜的帶隙分別為4.90和5.15 eV。β-Ga203外延薄膜的最佳生長條件為氧壓5×10-3Pa、襯底溫度750℃。(2).制備獲得基于氧化鎵薄膜的金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)光電探測器,探測器對254 nm的光非常敏感,而對365 nm的光幾乎不響應(yīng),表現(xiàn)出明顯的日盲紫外光電特性。通過氧氣氛退火調(diào)控氧空位,實現(xiàn)Ti/β-Ga2O3界面從Ohmic型向Schottky型轉(zhuǎn)變,有效地調(diào)控了光生載流子的輸運方式。同時,利用摻雜元素Mr3-+/Mn2+價態(tài)轉(zhuǎn)變,有效地抑制了β-Ga2O3薄膜內(nèi)部的滋生載流子,減小了氧空位,降低了暗電流,提高了探測器的光暗比及響應(yīng)速度。(3).提出一種通過Ga2O3和過渡金屬(Mn、Fe、Cr)薄層循環(huán)沉積經(jīng)高溫層間相互擴(kuò)散實現(xiàn)摻雜并調(diào)控薄膜微結(jié)構(gòu)的技術(shù)。分別獲得高濃度均勻摻雜的(201)晶面取向的β相(GaMrn)2O3外延薄膜、Ga2O3/(Ga1-xFex)2O3多層薄膜和Cr摻雜的Ga2O3納米蠕蟲薄膜。三種結(jié)構(gòu)薄膜都觀察到了室溫鐵磁性,并給出合理的磁性來源解釋。(4).利用氧化鎵電阻對氧特別敏感的性質(zhì),首次報道了氧化鎵的單極型阻變行為及反常雙極型阻變行為。單極型阻變行為具有良好的重復(fù)性及保持性,低阻態(tài)時表現(xiàn)為金屬行為,高阻態(tài)時表現(xiàn)為半導(dǎo)體行為,其阻變機(jī)理可由氧空位導(dǎo)電細(xì)絲的形成和燒斷解釋;反常雙極型阻變行為穩(wěn)定性好,高低阻態(tài)能自由轉(zhuǎn)換,低阻態(tài)時表現(xiàn)為電子隧穿,高阻態(tài)時表現(xiàn)為Schottky發(fā)射,其阻變機(jī)理可由氧空位的移動改變了載流子的輸運方式解釋。
【圖文】：

逡逑尸１２０°邋［１８，，１９］。晶體結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。在這些同分異構(gòu)體中，灸Ｇａ２０３最穩(wěn)定，逡逑其他相均為亞穩(wěn)相，這些亞穩(wěn)相在一定的溫度下都能轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的斤Ｇａ２０３［４］。逡逑例如：ｃｔ－Ｇａ２０３在溫度６００°Ｃ以上（干條件下）就能轉(zhuǎn)變?yōu)槠牵幔玻埃�，而ｙ，ｅ和＜５相則逡逑分別在４５０°Ｃ（干），８７０°Ｃ（干）和３００°Ｃ（濕）的溫度條件下轉(zhuǎn)變?yōu)椋鹣啵�，如圖１－２逡逑所示。然而它們的逆過程就沒那么容易了，一般都是通過施加氋壓，如片Ｇａ２０３逡逑在４邋ＧＰａ的外力作用下可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋悖簦牵幔?３，而ｃｔ－Ｇａ２0３在３７邋ＧＰａ的外力作用下逡逑貝ＩＪ可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋Γ牵幔玻埃常�。常溫常壓下＇－ＧａｓＯ；最穩(wěn)定，目前制備出的Ｇａ２０３薄膜逡逑也以＾相居多

逡逑尸１２０°邋［１８，１９］。晶體結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。在這些同分異構(gòu)體中，灸Ｇａ２０３最穩(wěn)定，逡逑其他相均為亞穩(wěn)相，這些亞穩(wěn)相在一定的溫度下都能轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的斤Ｇａ２０３［４］。逡逑例如：ｃｔ－Ｇａ２０３在溫度６００°Ｃ以上（干條件下）就能轉(zhuǎn)變?yōu)槠牵幔玻埃�，而ｙ，ｅ和＜５相則逡逑分別在４５０°Ｃ（干），８７０°Ｃ（干）和３００°Ｃ（濕）的溫度條件下轉(zhuǎn)變?yōu)椋鹣啵�，如圖１－２逡逑所示。然而它們的逆過程就沒那么容易了，一般都是通過施加氋壓，如片Ｇａ２０３逡逑在４邋ＧＰａ的外力作用下可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋悖簦牵幔?３，而ｃｔ－Ｇａ２0３在３７邋ＧＰａ的外力作用下逡逑貝ＩＪ可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋Γ牵幔玻埃常�。常溫常壓下＇－ＧａｓＯ；最穩(wěn)定，目前制備出的Ｇａ２０３薄膜逡逑也以＾相居多
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 程軼;Ga_2O_3薄膜的電子束蒸發(fā)制備與摻雜及其性質(zhì)研究[D];大連理工大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 莊睿;氧化鎵生長取向和形貌的控制研究[D];大連理工大學(xué);2014年

2 王國鋒;L-MBE法制備β-Ga_2O_3薄膜及其摻雜和光敏特性的研究[D];浙江理工大學(xué);2014年

本文編號：2598200