缺陷對氧化鎵薄膜紫外光敏特性的影響機理研究.pdf

1、由于太陽輻射中10nm～280nm的紫外波段很難透過大氣層到達地表，因此對日盲紫外波段進行探測的技術成為了低噪聲干擾、高探測率、高靈敏度的紫外輻射探測手段，在最近幾十年受到了國外科研人員的高度重視。其中，基于寬禁帶材料的固態(tài)日盲紫外探測器件的研制和應用最為熱門。相比AlGaN、ZnMgO等材料，氧化鎵天然地擁有合適的帶隙寬度（約4.9eV），從而避免了復雜的合金化工藝，能夠在更低的成本與方式下制備，因此格外適用于日盲紫外探測。本文主要采

2、用分子束外延裝置在c面氧化鋁襯底上外延制備beta-氧化鎵薄膜，并進行包括襯底預處理、氟元素摻雜、與磁控濺射膜對比等手段對氧化鎵薄膜內(nèi)部的缺陷分布進行調(diào)控，在此基礎上運用多種材料特性表征手段進行結構分析，最終將薄膜制備成MSM型光電探測器。通過器件光電性能的測試，并結合材料特性的研究，就氧化鎵薄膜內(nèi)部各種缺陷對其日盲紫外光敏特性產(chǎn)生的影響及其機理進行了深入探究。本文詳細的探究方向大致分為如下幾部分：
　?。?）探究了不同溫度的襯底

3、真空退火預處理對beta-氧化鎵薄膜結晶質(zhì)量與日盲紫外光敏特性的影響。研究表明，對襯底進行高溫退火預處理能夠有效降低外延beta-氧化鎵薄膜內(nèi)部的缺陷密度，提高氧化鎵薄膜材料的電導率從而使器件能夠在光電流、響應度以及探測率等性能上得到顯著優(yōu)化。但是，電導率的提高也會導致暗電流的上升，而某些深能級缺陷的減少可能使材料內(nèi)部的復合中心密度下降，進而影響到器件的恢復時間特性；
　?。?）對beta-氧化鎵薄膜氟等離子體表面處理，從而對材料

4、表面的氧空位進行鈍化，并研究對薄膜日盲紫外光敏特性的影響。研究表明，適量氟元素的摻雜能夠有效降低氧化鎵薄膜內(nèi)部的氧空位缺陷密度，使探測器的各項性能獲得顯著提升；但是，過量的氟元素的摻雜會替代氧化鎵晶格中的氧離子，并釋放出電子，這會增加平衡載流子的數(shù)量，甚至帶來氟間隙子等新的點缺陷，這反而使器件的性能（如暗電流、光電流等）產(chǎn)生嚴重的惡化現(xiàn)象；
　?。?）利用磁控濺射生長具有大量缺陷（如氧空位等）的非晶氧化鎵薄膜，并結合分子束外延生長

5、的納米晶beta-氧化鎵薄膜，對比研究材料缺陷分布對日盲紫外光敏特性上的影響。研究表明，濺射制備的非晶氧化鎵薄膜存在大量不同類型的缺陷，對氧化鎵MSM日盲紫外探測器件的性能產(chǎn)生一定程度的影響。其中，基于非晶氧化鎵薄膜的MSM日盲紫外探測器件由于更為顯著的內(nèi)部增益機制和非本征激發(fā)，而表現(xiàn)出更高的光響應度與探測率，而深能級缺陷相關復合中心的大量存在，則使得器件具備很短的恢復時間；但大量表面缺陷的存在卻使MSM器件的金-半接觸勢壘更容易被隧穿