氧化鎵（Ga2O3）,一種直接帶隙的超寬禁帶半導(dǎo)體材料,在電力電子器件,如日盲光電探測器、場效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、信息存儲器、氣敏傳感器、透明導(dǎo)電電極等領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景。在Ga2O3的五種同分異構(gòu)體（α,β,γ,ε和δ）中,β相最常見,穩(wěn)定性最好,研究最為廣泛。然而,β-Ga2O3的單斜結(jié)構(gòu)使其在主流襯底上的外延質(zhì)量較難提高,其本征的n型導(dǎo)電特性也在一定程度上限制了它在功率器件方面的發(fā)展。因此,發(fā)掘其它亞穩(wěn)相在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力,以及實現(xiàn)高質(zhì)量外延薄膜的相可控生長,是Ga2O3材料進一步發(fā)展的必經(jīng)之路。摻雜工藝是調(diào)節(jié)晶格應(yīng)力、誘發(fā)結(jié)構(gòu)相變、提高結(jié)晶質(zhì)量、優(yōu)化物理特性的一種行之有效的應(yīng)用技術(shù)。本論文采用激光分子束外延法和金屬有機化學(xué)氣相沉積法兩種生長技術(shù),制備了不同生長條件下的Fe、Mn、Mg摻雜Ga2O3外延薄膜。系統(tǒng)地探究了摻雜濃度、襯底溫度、沉積室壓強和熱退火處理對薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、相變過程和基本物性的影響。為不同晶相的Ga2O3外延薄膜在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用前景,提供了可靠的理論和實驗依據(jù)。主要的研究成果如下:（1）采用激光分子束外延法,通過調(diào)節(jié)Fe摻雜濃度、襯底溫度和生長... 

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 氧化鎵材料簡介
        1.2.1 歷史背景
        1.2.2 晶體結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì)
    1.3 摻雜氧化鎵外延薄膜的應(yīng)用前景及研究進展
        1.3.1 日盲光電探測器
        1.3.2 稀磁半導(dǎo)體
        1.3.3 發(fā)光器件
        1.3.4 其它領(lǐng)域
    1.4 研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
    參考文獻
第二章 制備方法及表征技術(shù)
    2.1 引言
    2.2 薄膜的制備方法
        2.2.1 激光分子束外延
        2.2.2 金屬有機化學(xué)氣相沉積
        2.2.3 磁控濺射
    2.3 薄膜的表征技術(shù)
        2.3.1 X射線衍射
        2.3.2 X射線光電子能譜
        2.3.3 顯微技術(shù)
        2.3.4 紫外可見吸收光譜及光致發(fā)光譜
    2.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第三章 基于Fe摻雜Ga_2O_3半絕緣薄膜的稀磁半導(dǎo)體
    3.1 引言
    3.2 薄膜的生長及相變分析
        3.2.1 薄膜的生長條件探索
        3.2.2 薄膜的摻雜濃度
        3.2.3 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)及相圖
        3.2.4 薄膜的元素成分及鍵態(tài)
        3.2.5 薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及形貌
    3.3 薄膜的光學(xué)和電學(xué)特性
        3.3.1 薄膜的光學(xué)性質(zhì)及帶隙
        3.3.2 薄膜的暗電流及絕緣性
    3.4 γ-Ga_2O_3:Fe薄膜稀磁半導(dǎo)體
        3.4.1 第一性原理計算分析
        3.4.2 薄膜的室溫鐵磁性
    3.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第四章 基于γ-Ga_2O_3:Mn磁性薄膜的日盲光電探測器
    4.1 引言
    4.2 薄膜的生長及缺陷分析
        4.2.1 薄膜的生長及相變分析
        4.2.2 薄膜的鍵態(tài)及元素組分
        4.2.3 薄膜的截面及表面形貌
    4.3 薄膜的基本物理特性
        4.3.1 薄膜的吸收光譜及帶隙
        4.3.2 薄膜的光致發(fā)光特性
        4.3.3 薄膜的室溫鐵磁性
    4.4 Ga_2O_3:Mn日盲光電探測器
        4.4.1 器件制備
        4.4.2 器件的I-V特性
        4.4.3 器件的I-t特性
        4.4.4 性能評估
    4.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第五章 基于高質(zhì)量ε-Ga_2O_3外延薄膜的日盲光電探測器
    5.1 引言
    5.2 薄膜的生長與基本表征
        5.2.1 薄膜的生長條件探索
        5.2.2 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)及相變分析
        5.2.3 薄膜的微觀形貌
        5.2.4 薄膜的吸收光譜及帶隙
        5.2.5 薄膜的元素組成
    5.3 ε-Ga_2O_3日盲光電探測器
        5.3.1 器件制備
        5.3.2 光譜選擇性
        5.3.3 器件的I-V特性
        5.3.4 器件的I-t特性
        5.3.5 性能評估
    5.4 ε-Ga_2O_3:Mg日盲光電探測器
        5.4.1 器件的I-V特性
        5.4.2 器件的I-t特性
    5.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
攻讀博士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果列表
    一、學(xué)術(shù)論文
        作為第一作者
        作為合作作者
    二、專利
    三、參加的會議


【參考文獻】：
期刊論文
[1]后退火對射頻磁控濺射法制備Mg摻雜Ga2O3薄膜性質(zhì)的影響[J]. 李如永,段蘋,崔敏,王吉有,原安娟,鄧金祥.  真空. 2019(03)
[2]Characterization of vertical Au/β-Ga2O3 single-crystal Schottky photodiodes with MBE-grown high-resistivity epitaxial layer[J]. 劉興釗,岳超,夏長泰,張萬里.  Chinese Physics B. 2016(01)
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[5]陽離子空位磁矩起因探討[J]. 潘鳳春,林雪玲,陳煥銘.  物理學(xué)報. 2015(17)
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博士論文
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[3]正電子湮沒技術(shù)研究離子注入型半導(dǎo)體材料中的缺陷與磁性[D]. 徐菊萍.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
[4]氧化鎵光電探測與信息存儲器件研究[D]. 郭道友.北京郵電大學(xué) 2016
[5]半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)磁性的第一原理計算[D]. 唐振坤.湖南大學(xué) 2013

碩士論文
[1]Ga2O3薄膜及其Mg摻雜的磁控濺射制備與性質(zhì)研究[D]. 馬艷彬.北京工業(yè)大學(xué) 2017
[2]Zn和Mg摻雜氧化鎵薄膜的制備與表征[D]. 秦新元.浙江理工大學(xué) 2017
[3]反應(yīng)室氣壓調(diào)節(jié)對Mg摻雜GaN的影響[D]. 朱銘.大連理工大學(xué) 2013
[4]摻雜錳氧化物微納米結(jié)構(gòu)的制備及其性能研究[D]. 匡莉莉.廣西大學(xué) 2013
[5]Mn摻雜Ga2O3薄膜的制備、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能研究[D]. 胡帆.鄭州大學(xué) 2009



本文編號：3673921