缺陷對(duì)氧化鎵薄膜紫外光敏特性的影響機(jī)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(dá)地表，因此對(duì)日盲紫外波段進(jìn)行探測的技術(shù)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(yīng)用最為熱門。相比AlGaN、ZnMgO等材料，氧化鎵天然地?fù)碛泻线m的帶隙寬度（約4.9eV），從而避免了復(fù)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(jìn)行包括襯底預(yù)處理、氟元素?fù)诫s、與磁控濺射膜對(duì)比等手段對(duì)氧化鎵薄膜內(nèi)部的缺陷分布進(jìn)行調(diào)控，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用多種材料特性表征手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(jié)合材料特性的研究，就氧化鎵薄膜內(nèi)部各種缺陷對(duì)其日盲紫外光敏特性產(chǎn)生的影響及其機(jī)理進(jìn)行了深入探究。本文詳細(xì)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(yù)處理對(duì)beta-氧化鎵薄膜結(jié)晶質(zhì)量與日盲紫外光敏特性的影響。研究表明，對(duì)襯底進(jìn)行高溫退火預(yù)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(dǎo)率從而使器件能夠在光電流、響應(yīng)度以及探測率等性能上得到顯著優(yōu)化。但是，電導(dǎo)率的提高也會(huì)導(dǎo)致暗電流的上升，而某些深能級(jí)缺陷的減少可能使材料內(nèi)部的復(fù)合中心密度下降，進(jìn)而影響到器件的恢復(fù)時(shí)間特性；
　?。?）對(duì)beta-氧化鎵薄膜氟等離子體表面處理，從而對(duì)材料

4、表面的氧空位進(jìn)行鈍化，并研究對(duì)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(xiàng)性能獲得顯著提升；但是，過量的氟元素的摻雜會(huì)替代氧化鎵晶格中的氧離子，并釋放出電子，這會(huì)增加平衡載流子的數(shù)量，甚至帶來氟間隙子等新的點(diǎn)缺陷，這反而使器件的性能（如暗電流、光電流等）產(chǎn)生嚴(yán)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(jié)合分子束外延生長

5、的納米晶beta-氧化鎵薄膜，對(duì)比研究材料缺陷分布對(duì)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(duì)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(jī)制和非本征激發(fā)，而表現(xiàn)出更高的光響應(yīng)度與探測率，而深能級(jí)缺陷相關(guān)復(fù)合中心的大量存在，則使得器件具備很短的恢復(fù)時(shí)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