磁控溅射制备Ga2O3薄膜及其紫外光电特性的研究

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氧化镓作为第三代半导体材料的代表被广泛的应用,因其具有禁带宽度大、击穿电压高、在高温等恶劣环境下能够保持化学物理特性稳定等特点,可以被用作透明导电膜、气敏探测器和功率半导体器件的主要材料。氧化镓相比与第二代半导体材料,具有较大的禁带宽度,对紫外以外的光几乎没有响应,因此紫外光能够被准确的响应探测。紫外探测器能够在导弹预警、臭氧层空洞检测以及火灾报警中应用。目前大部分学者及研究机构把对氧化镓的研究重点放在不同制备工艺和结构对日盲紫外(200~280nm)探测器性能的提升上。本课题研究了Ga2O3薄膜制备工艺,对其结构和光学特性进行了分析。制作MSM型β-Ga2O3薄膜探测器,探究了影响器件光电性能的参数,其中包括退火、膜厚、电极材料和偏置电压等因素。并结合实验结果对Ga2O3薄膜探测器的改进和发展方向提出展望。本课题采用磁控溅射方法分别在20×10mm长方形单抛(100)硅片和2英寸石英片上制备Ga2O3薄膜,选取氧化镓粉末高温烧结纯度为99.99%的陶瓷靶。在制备Ga2O3薄膜的过程中通过控制单一变量的手段,对射频功率、退火、工作气体及压强等参数对薄膜性能的影响分别进行探究。对制备Ga2O3薄膜进行退火处理,测试了薄膜的透过率、折射率及厚度,分析了退火对光学性能的影响机理;通过X-射线衍射(XRD)、拉曼散射(Raman scattering)及扫描电子显微镜(SEM)等膜结构测试工具,分析了Ga2O3薄膜的结晶性、微观表面形貌和结构特点。通过对Ga2O3薄膜光学及结构测试数据分析比较,最终得到薄膜的制备工艺参数。在探究Ga2O3薄膜工艺的基础上,本课题采用金属掩模版掩膜,利用磁控溅射的方法制备叉指电极,电极材料为30nm Ti+100nm Au。电极参数为:指长为5.8mm,指宽0.2mm,指间距为0.2mm,有效探测面积为8.72mm2。光电测试平台分为包括波长为254nm功率密度Pλ为7.58ⅹ10-3m W/mm2的紫外灯,半导体参数分析仪和带有黑箱的探针台。对Ga2O3薄膜光电特性初步测试发现,探测器样品的光暗电流比能达到103,制作的探测器具有较好的紫外探测能力。
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