氧化鎵MSM日盲紫外光電探測(cè)器的研制.pdf

1、近年來(lái)，關(guān)于β-Ga2O3日盲紫外探測(cè)技術(shù)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(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，是一種很好的日盲紫外敏感材料。由于金-半-金（Metal-Semiconductor-Metal，簡(jiǎn)寫為MSM）型器件具有制備簡(jiǎn)單、響應(yīng)度高以及與CMOS良好的工藝兼容性等優(yōu)點(diǎn)，故本論文以MSM為器件基本結(jié)構(gòu)，采用分子束外延技術(shù)生長(zhǎng)了β-Ga2O3薄膜，并制備了日盲紫外探測(cè)器。論文具體內(nèi)容如下：

2、
　　論文首先研究了金-半接觸特性對(duì)器件性能的影響，對(duì)比研究了Ti/Au電極與Au電極對(duì)器件性能的影響，在未對(duì)電極進(jìn)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(cè)器。在此基礎(chǔ)上，為了探索金-半界面特性對(duì)器件性能的影響，論文進(jìn)一步研究了電極的快速退火處理對(duì)氧化鎵MSM器件性能的影響，并探討了其影響機(jī)制。論文分別在400℃、500℃

3、、600℃、700℃下對(duì)Ti/Au電極進(jìn)行快速退火處理，測(cè)試了退火后器件的I-V特性、時(shí)間響應(yīng)特性，并利用二次離子質(zhì)譜(SIMS)和X射線光電子能譜(XPS)技術(shù)分析了界面微觀特性。研究結(jié)果表明：經(jīng)快速退火后，Ti原子擴(kuò)散進(jìn)入氧化鎵表層與O結(jié)合生成TiO2，一方面，降低了界面的金-半接觸勢(shì)壘高度，另一方面，也導(dǎo)致界面附近氧化鎵薄膜中產(chǎn)生了更高濃度的氧空位，提高界面勢(shì)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(yīng)度。然而，也正是因?yàn)榻缑嫜蹩瘴粷舛鹊脑黾樱捎谘蹩瘴粚?duì)電子的陷阱效應(yīng)，導(dǎo)致了器件更加嚴(yán)重的持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)（persistent photo-conductivity，簡(jiǎn)寫為PPC），器件響應(yīng)速度變差。
　　在金-半接觸特性研究基礎(chǔ)上，為了提高器件的光響應(yīng)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(guān)系，并利用EDS、AFM、XPS、紫外可見

5、光譜等來(lái)表征薄膜的性質(zhì)。EDS測(cè)試結(jié)果顯示：當(dāng)基片溫度固定為760℃時(shí)，In源溫度為700℃時(shí)，In源含量為11.5％，這說(shuō)明：可以通過(guò)控制In源溫度對(duì)(InxGa1-x)2O3薄膜中的In含量進(jìn)行有效調(diào)控。為了研究不同In源溫度所制備(InxGa1-x)2O3薄膜的性質(zhì)，論文研究了其MSM光電導(dǎo)器件的I-V特性、時(shí)間響應(yīng)特性以及紫外光譜響應(yīng)，測(cè)試結(jié)果顯示：當(dāng)In源溫度低于600℃時(shí)，器件性能未發(fā)生顯著變化，當(dāng)In源溫度為650℃時(shí)，器

6、件的性能明顯改善，但當(dāng)In源溫度為700℃時(shí)，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(yīng)度達(dá)到7.1×104A/W,但光暗電流比僅為1。AFM分析結(jié)果顯示：當(dāng)In源溫度為700℃時(shí)，薄膜表面出現(xiàn)凸起的類似球狀物形貌；經(jīng)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(yán)重的晶相分離，從而導(dǎo)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