Zn和Mg摻雜氧化鎵薄膜的制備與表征.pdf

1、氧化鎵(Ga2O3)是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度約為4.98 eV，有五種同分異構(gòu)體（α、β、γ、ε、δ)，其中最穩(wěn)定的是β-Ga2O3。β-Ga2O3有許多良好的物理性能，如:禁帶寬度大，擊穿場強(qiáng)高，介電常數(shù)大，在可見光和紫外光波段透過率高，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，在未來的電子器件中具有重要的應(yīng)用前景，如:日盲紫外光電探測器、場效應(yīng)晶體管、透明導(dǎo)電電極等。與一般氧化物半導(dǎo)體類似，本征-Ga2O3通常表現(xiàn)出n型導(dǎo)電，并由于氧空

2、位等缺陷的自補(bǔ)償效應(yīng)，p型Ga2O3很難獲得。但器件的應(yīng)用又往往基于pn結(jié)。理論上，二價(jià)元素的摻雜將會(huì)實(shí)現(xiàn)Ga2O3薄膜的p型轉(zhuǎn)變。本論文利用磁控濺射方法分別制備了Zn和Mg二價(jià)元素?fù)诫s的Ga2O3薄膜，并采用X射線衍射，紫外-可見分光光度計(jì)，X射線光電子能譜分析儀等手段對摻雜前后薄膜的結(jié)構(gòu)特性、表面形貌、光學(xué)性能、元素成分進(jìn)行了分析。同時(shí)，我們還制備了基于本征Ga2O3薄膜和摻雜Ga2O3薄膜的金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)結(jié)構(gòu)的日盲紫

3、外光電探測器元件，研究摻雜對Ga2O3薄膜日盲紫外探測器元件性能的影響。本文的主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　(1)本文采用磁控濺射法研究了β-Ga2O3薄膜的生長條件，主要研究了襯底溫度和沉積壓強(qiáng)對薄膜質(zhì)量和結(jié)晶性能的影響，獲得了β-Ga2O3薄膜的最佳生長條件為襯底溫度750℃，沉積氣壓0.8 Pa。
　　(2)采用磁控濺射法制備了Zn摻雜Ga2O3薄膜，通過在Ga2O3靶材上放置不同顆粒的ZnO小片獲得不同Zn摻雜濃度的

4、Ga2O3薄膜，對摻雜薄膜的結(jié)構(gòu)特性，元素成分，光學(xué)性能和電學(xué)性能進(jìn)行了表征。摻雜后得到的薄膜仍是單斜晶系的β-Ga2O3薄膜，由于Zn2+半徑大于Ga3+，摻雜后薄膜的XRD衍射峰向小角度偏移。隨著Zn摻雜濃度的增加，薄膜的禁帶寬度變小，這是由于摻雜引入了雜質(zhì)能級。摻雜薄膜日盲紫外光電探測器元件在365 nm紫外光激發(fā)下沒有響應(yīng)，在254 nm紫外光激發(fā)下最大的光暗比達(dá)到110，而本征Ga2O3薄膜在254 nm紫外光激發(fā)下的光暗比最

5、高為30，而且由于Zn的摻雜減少了薄膜中氧空位濃度，相比于本征Ga2O3薄膜，摻雜后的薄膜具有更快的響應(yīng)時(shí)間。采用磁控濺射法制備了Mg摻雜Ga2O3薄膜，研究了Mg摻雜對Ga2O3薄膜結(jié)構(gòu)，性能的影響。由于Mg2+的半徑大于Ga3+，所以摻雜后薄膜衍射峰向小角度偏移。制備了基于Mg摻雜Ga2O3薄膜的金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)結(jié)構(gòu)的日盲紫外光電探測器元件，相比于本征氧化鎵薄膜，具有更快的響應(yīng)時(shí)間。并且在不同偏壓下該器件具有良好的可重復(fù)