氧化鎵MSM日盲紫外光電探測器的研制.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,關于β-Ga2O3日盲紫外探測技術的研究發(fā)展迅猛。β-Ga2O3的禁帶寬度為4.9eV,具有高的透光率、化學穩(wěn)定性好、機械強度高等特點,是一種很好的日盲紫外敏感材料。由于金-半-金(Metal-Semiconductor-Metal,簡寫為MSM)型器件具有制備簡單、響應度高以及與CMOS良好的工藝兼容性等優(yōu)點,故本論文以MSM為器件基本結構,采用分子束外延技術生長了β-Ga2O3薄膜,并制備了日盲紫外探測器。論文具體內容如下:

2、
  論文首先研究了金-半接觸特性對器件性能的影響,對比研究了Ti/Au電極與Au電極對器件性能的影響,在未對電極進行退火處理的情況下,與采用Au電極的器件相比,采用Ti/Au電極的器件性能更優(yōu),為此,論文選用Ti/Au作為金屬電極材料制備氧化鎵 MSM日盲紫外探測器。在此基礎上,為了探索金-半界面特性對器件性能的影響,論文進一步研究了電極的快速退火處理對氧化鎵MSM器件性能的影響,并探討了其影響機制。論文分別在400℃、500℃

3、、600℃、700℃下對Ti/Au電極進行快速退火處理,測試了退火后器件的I-V特性、時間響應特性,并利用二次離子質譜(SIMS)和X射線光電子能譜(XPS)技術分析了界面微觀特性。研究結果表明:經快速退火后,Ti原子擴散進入氧化鎵表層與O結合生成TiO2,一方面,降低了界面的金-半接觸勢壘高度,另一方面,也導致界面附近氧化鎵薄膜中產生了更高濃度的氧空位,提高界面勢壘處的載流子濃度,使器件的光電流和暗電流都隨著電極退火溫度的升高而增大,

4、從而提高了器件的光響應度。然而,也正是因為界面氧空位濃度的增加,由于氧空位對電子的陷阱效應,導致了器件更加嚴重的持續(xù)光電導效應(persistent photo-conductivity,簡寫為PPC),器件響應速度變差。
  在金-半接觸特性研究基礎上,為了提高器件的光響應度,論文研究了摻In氧化鎵薄膜(InxGa1-x)2O3的光電性能。為此,論文首先探索了薄膜的摻銦量與In源溫度的關系,并利用EDS、AFM、XPS、紫外可見

5、光譜等來表征薄膜的性質。EDS測試結果顯示:當基片溫度固定為760℃時,In源溫度為700℃時,In源含量為11.5%,這說明:可以通過控制In源溫度對(InxGa1-x)2O3薄膜中的In含量進行有效調控。為了研究不同In源溫度所制備(InxGa1-x)2O3薄膜的性質,論文研究了其MSM光電導器件的I-V特性、時間響應特性以及紫外光譜響應,測試結果顯示:當In源溫度低于600℃時,器件性能未發(fā)生顯著變化,當In源溫度為650℃時,器

6、件的性能明顯改善,但當In源溫度為700℃時,器件綜合性能反而變差,暗電流為9.8mA,光電流為10.3mA,雖然響應度達到7.1×104A/W,但光暗電流比僅為1。AFM分析結果顯示:當In源溫度為700℃時,薄膜表面出現(xiàn)凸起的類似球狀物形貌;經XPS分析得知薄膜表面In析出形成In2O3相,這表明:(InxGa1-x)2O3薄膜存在嚴重的晶相分離,從而導致器件性能變差。
  由于In的高揮發(fā)性,薄膜中的In含量不僅與In源溫度

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