Sm2O3薄膜異質結的性能及其在紫外光電探測方面的應用研究.pdf

1、隨著紫外探測技術的發(fā)展，紫外探測器越來越受到人們的重視。用以制備紫外光電探測器的材料也由第一代半導體材料Si、Ge，第二代半導體材料GaAs、GaP、InAs，逐漸變化為第三代半導體材料SiC、GaN、ZnO等。盡管第三代半導體材料相對具有禁帶寬度大、介電常數小、電子飽和漂移速度大等優(yōu)點，但由于晶格失配、帶寬限制、優(yōu)質薄膜獲取困難等原因，在作為紫外探測材料方面還不能完全盡如人意，有待于新的探測材料的發(fā)現。
　　稀土氧化物由于具有高

2、的介電常數、大的禁帶寬度、好的化學穩(wěn)定性，近來在光電器件、電子開關、存儲器等方面得到了廣泛的應用。Sm2O3光電薄膜材料是最近比較熱門的Ln系氧化物中的一種，其電學特性、光學特性等得到了廣泛的研究，特別是其介電常數較大，更適合取代SiO2作為晶體管的絕緣柵極。但其在紫外探測方面的應用，目前的報道還不多見。本論文的研究意義在于尋找一種新的用于紫外探測器的材料，初步研究該材料對紫外光的響應能力。
　　本論文采用溶膠-凝膠法和射頻磁控濺

3、射技術在Si和石英玻璃襯底上沉積Sm2O3薄膜，對薄膜的晶體結構和表面形貌進行了表征，制備了Sm2O3/n-Si異質結構，對它的光學和電學性能進行了測試。主要研究內容分為以下三個部分進行說明：
　　1.采用溶膠-凝膠法在n-Si襯底上制備了Sm2O3薄膜，探索了薄膜制備時旋涂機的轉速，退火溫度等。對薄膜的晶體結構、形貌和光學性能進行了表征。隨后制備了Sm2O3/n-Si異質結構，并對該異質結的光電性能測試，發(fā)現該異質結對紫外光有較

4、強烈的響應，響應的強度跟膜厚（旋涂次數）有關，并有整流現象的出現。并引入了安德森模型，結合異質結界面的能帶結構分析了整流現象產生的原因以及紫外光照下載流子的輸運機制。
　　2.采用射頻磁控濺射技術在n-Si襯底上制備Sm2O3薄膜，探索了不同沉積因素（濺射氣壓、沉積溫度、濺射功率）對薄膜結構和表面形貌的影響。通過對Sm2O3/n-Si異質結的電學性能測量，發(fā)現該異質結的整流特性隨Sm2O3的膜厚變化，并對不同膜厚下的電流傳導機制進

5、行了分析，均屬于Fowler-Nordheim隧穿理論。在10~300 K溫度范圍內，異質結的整流方向一致，并隨著溫度的升高整流比變大。該異質結對紫外光有迅速、穩(wěn)定的響應，光照下有較大的整流比和開關比。
　　3.對利用射頻磁控濺射技術制備的Sm2O3/n-Si異質結進行封裝，測量了封裝后器件的紫外光電響應。設計了相應的外圍電路，經電路板制備、元器件焊接、電路調試，該探測模塊能對紫外照射做出及時、穩(wěn)定的響應，且結構簡單、成本較低，達