Ga2O3:Sn薄膜的制备及其光电性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:summercoming1
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宽禁带半导体在日盲紫外探测方向具有广阔而重要的前景,所以近年来,以Ga2O3为代表的第三代半导体成为人们研究和讨论的热点问题,其中Ga2O3:Sn薄膜化学稳定性好、光电性能优异,是制备新一代深紫外探测器的理想材料之一。磁控溅射法成本低廉、应用广泛、工作温度低,适合大规模应用于工业生产中。因此,本论文利用射频磁控溅射实现了蓝宝石衬底和硅衬底上的Ga2O3:Sn薄膜及其日盲紫外探测器件,并对其光电探测性能进行了研究:(1)在蓝宝石衬底上制备Ga2O3:Sn薄膜,原位退火不足以令Ga2O3:Sn结晶。提高退火温度会令薄膜光学带隙变宽。但过高的退火温度会影响器件的光电性能。溅射气氛中氧气含量过低时,会加大Sn的掺杂比例,降低薄膜光学带隙的同时也降低结晶质量;低压条件下制备Ga2O3:Sn薄膜可以起到调控带隙的作用,但也降低了晶体质量;在中间气压区域,结晶质量较好,晶粒尺寸均匀。(2)在硅衬底上制备Ga2O3:Sn薄膜,生长低氧缓冲层,可以得到更高质量的晶体;溅射功率过高会导致薄膜表面粗糙度增大,结晶程度变差;与在蓝宝石衬底上生长Ga2O3:Sn薄膜时相似,通过改变氧氩比可以调控Sn的掺杂比例;提高退火温度Ga2O3:Sn薄膜的晶粒尺寸会逐渐增大,但过高的退火温度会令薄膜的致密性下降。(3)对于硅衬底上的Ga2O3:Sn器件,通过掺杂Sn元素,可以起到提高器件灵敏度的作用,但也会延长载流子的弛豫时间;低退火温度下器件有很高的响应度和外量子效率,可以达到3.467 A/W、1694%,但提高退火温度可以加快载流子的复合速度。而对于蓝宝石衬底上的Ga2O3:Sn器件,样品的暗电流相较于Si衬底低了一到三个数量级,这是由于在蓝宝石上生长的多晶薄膜,结晶质量好,氧空位较少、多数载流子浓度低导致的。
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