Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的制备和特性研究（英文）

β-Ga2O3是一种宽带隙半导体材料,能带宽度Eg≈5.0eV,在光学和光电子学领域有广泛的应用.用射频磁控溅射方法在Si衬底和远紫外光学石英玻璃衬底制备了本征β-Ga2O3薄膜及Zn掺杂β-Ga2O3薄膜,用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、荧光分光光度计对本征β-Ga2O3薄膜及Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的光学透过、光学吸收、结构和光致发光进行了测量,研究了Zn掺杂和热退火对薄膜结构和光学性质的影响.退火后的β-Ga2O3薄膜为多晶结构,与本征β-Ga2O3薄膜相比,Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的β-Ga2O3(111)衍射峰强度变小,结晶性变差,衍射峰位从35.69°减小至35.66°.退火后的Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的光学带隙变窄,光学透过降低,光学吸收增强,出现了近边吸收,薄膜的紫外、蓝光及绿光发射增强.表明退火后Zn掺杂β-Ga2O3薄膜中的Zn原子被激活充当受主.     

高厚度n型β-Ga2O3薄膜的MOCVD制备

高厚度的Ga2 O3薄膜能够提高器件的击穿电压,这种高厚度Ga2 O3薄膜往往是通过HVPE法制备的.然而HVPE法存在着成本高、设备少等缺点.本文通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,以SiH4为n型掺杂源,在Ga2 O3衬底上生长了高厚度的n型β-Ga2 O3薄膜,并且研究了SiH4流量对β-Ga2 O3性质...     

Cu掺杂Ga2O3薄膜的光学性能

采用射频磁控溅射和N2气氛退火处理制备了多晶Ga2O3薄膜和Cu掺杂Ga2O3薄膜.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪对Ga2O3薄膜和Cu掺杂Ga2O3薄膜的结构和光学性能进行了表征.结果表明,Cu掺杂后Ga2O3薄膜的结晶质量变差,透过率明显降低,吸收率增加,光学带隙减小.本征Ga2O3薄膜在紫外、蓝光和绿光出现了发光带,Cu掺杂后紫外和蓝光发射增强,且在475nm处出现了一个新的发光峰.     

Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上β-Ga2O3薄膜的生长

为获得高质量的β-Ga2O3薄膜,将c面蓝宝石上生长的GaN薄膜进行高温氧化制成了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板,进而在模板上利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺进行了β-Ga2O3薄膜的同质外延。通过X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜等方法对样品的晶体结构、表面形貌等性质进行测试与分析。结果表明,该方法获得的β-Ga2O3薄膜晶体质量受GaN薄膜氧化效果与MOCVD工艺条件等因素影响较大。通过优化实验条件,得到了质量较高的β-Ga2O3薄膜。与蓝宝石上或GaN薄膜上异质外延得到的β-Ga2O3薄膜相比,薄膜的晶体质量明显提高。通过对比不同样品的晶体质量、表面形貌和制备过程,发现该方法成功地将β-Ga2O3薄膜在蓝宝石衬底或GaN/蓝宝石模板上异质外延转化为了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上的同质外延,有效地减小了β-Ga2O3薄膜和蓝宝石、GaN之间较大的晶格失配和热失配,有利于提高β-Ga2O3薄膜的晶体质量。     

N掺杂对β-Ga_2O_3薄膜日盲紫外探测器性能的影响

单斜氧化镓(β-Ga_2O_3)材料因其独特而优异的光电特性在日盲紫外探测领域具有广阔的应用前景,受到国内外研究者的广泛关注.本研究工作采用射频磁控溅射技术,在c面蓝宝石衬底上制备了未掺杂和氮(N)掺杂β-Ga_2O_3薄膜,研究了N掺杂对β-Ga_2O_3薄膜结构及光学特性的影响;在此基础上,构筑了未掺杂和N掺杂β-Ga_2O_3薄膜基金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal, MSM)型日盲紫外探测器,并讨论了N掺杂影响器件性能的物理机制.结果表明, N掺杂会导致β-Ga_2O_3薄膜表面形貌变得相对粗糙,且会促使β-Ga_2O_3薄膜由直接带隙向间接带隙转变.所有器件均表现出较高的稳定性和日盲特性,相比之下, N掺杂β-Ga_2O_3薄膜器件能展现出较低的暗电流和更快的光响应速度(响应时间和恢复时间分别为40和8 ms),与氧空位相关缺陷的抑制密切相关.本研究对开发新型的高性能日盲紫外探测器具有一定的借鉴意义.     

NH_3-Ar气氛下制备的Zn_3N_2薄膜的结构和光学性能(英文)

Zn3N2是一种宽带隙半导体材料,在温度高于400°C氧化可生成p型ZnO:N,p型ZnO:N在电子学和光电子学领域有广泛的应用.在NH3-Ar气氛下,用RF磁控溅射金属Zn靶在玻璃衬底上室温制备了Zn3N2薄膜.用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、X射线光电子谱分析仪、荧光分光光度计对Zn3N2薄膜的光学透过、光学吸收、结构、化学键态和光致发光进行了测量,研究了NH3分压对Zn3N2薄膜的结构和光学特性的影响.XRD分析表明Zn3N2薄膜呈现多晶结构,具有(321)择优取向,Zn3N2(321)衍射峰强度随NH3分压增加而增强.在NH3分压5%～10%制备的Zn3N2薄膜有较低透过率,透过率随NH3分压增加而提高.Zn3N2薄膜是间接带隙半导体,当NH3分压从5%变化到25%时,光学带隙从2.33eV升高到2.70eV.XPS分析表明Zn3N2薄膜在潮湿空气中容易水解.室温下Zn3N2薄膜在437nm和459nm波长出现了发光峰.     

W掺杂对β-Ga_2O_3导电性能影响的理论研究

采用密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法,对不同W掺杂浓度下β-Ga2O3的导电性能进行研究.计算了β-Ga2(1-x)W2x O3(x=0,0.0625,0.125)的优化参数、总态密度和能带结构.结果表明,W掺入β-Ga2O3使Ga2(1-x)W2x O3材料的体积增大,总能量升高,稳定性降低.当W的掺杂量较小时,其电子迁移率较大,导电性能也很强.当增加W的掺杂量,Ga2(1-x)W2x O3材料的平均电子有效质量就略有增大,能隙变得越窄,这与实验的变化趋势相一致.     

氧流量对热蒸发CVD法生长β-Ga2O3纳米材料的结构及发光特性的影响

用热蒸发CVD法制备了β-Ga2O3纳米材料, 并用光致发光(PL)方法研究了其发光特性.X射线衍射分析显示, 产物为单斜结构的β-Ga2O3.扫描电子显微镜测试表明:在较小氧流量条件下制备的产物为β-Ga2O3纳米带, 宽度小于100nm, 长度有几微米; 较大氧流量时制备出β-Ga2O3纳米晶粒结构, 晶粒尺度在80-156nm.PL的测试表明: β-Ga2O3纳米结构在波长516nm处有很强的绿色发光带, 且随着氧流量的逐渐增加发光强度逐渐减弱.在氧气氛中900℃退火2h处理后, 发光强度减弱, 进一步证实氧空位缺陷是β-Ga2O3纳米材料发光的主要因素.     

金属有机物化学气相沉积法生长Ga2(1-χ)In2χO3薄膜的结构及光电性能研究

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在蓝宝石(0001)衬底上制备出了Ga2(1-χ)In2χO3(χ=0.1-0.9)薄膜,研究了薄膜的结构、电学和光学特性以及退火处理对薄膜性质的影响.测量结果表明:当In组分χ=0.2时,样品为单斜β-Ga2O3,结构;χ=0.5的样品,薄膜呈现非晶结构,退火处理后薄膜结构得到明显的改善,由非晶结构转变为具有(222)单一取向的立方In2O3结构;对于χ=0.8,薄膜为立方In2O3,结构,退火后薄膜的晶体质量得到提高.在可见光区薄膜本身的透过率均达到了85%以上,带隙宽度随样品中Ga含量的改变在3.76-4.43 eV之间变化,且经退火处理后带隙宽度明显增大.     

N掺杂ZnO薄膜的荧光特性研究

以N2为掺杂源,通过改变O2∶N2比,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有[002]择优取向的N掺杂ZnO薄膜,研究了ZnO薄膜的光致发光谱随着N掺入量的不同而变化的规律.结果表明,薄膜主衍射峰为402 nm处的发光峰;由于N掺杂量的不同,有的薄膜在445 nm和524 nm处也有发光发存在,但随着薄膜N含量的不同,其发光峰强度明显不同,其峰位也发生了相应的红移或者蓝移.当O2∶N2为10∶ 15时,制备的薄膜N掺杂量最大,光学性能最好,此工艺为研究ZnO薄膜的缺陷类型及导电类型提供了重要的研究参考.     

MOCVD生长中载气H2对N掺杂ZnO性质的影响

采用MOCVD方法在石英衬底上生长ZnO。实验使用二乙基锌(DEZn)为锌源,N2O作为氧和氮源,H2作为载气。采用PL和Raman光谱方法对ZnO样品进行表征,结果表明H2的加入大幅度减少薄膜中碳的掺入,明显改善了薄膜的光学质量。采用N2O离化技术,可以进一步提高其带边峰的强度,抑制带内发光。XRD测量表明,生长的ZnO薄膜具有c轴择优取向。目前生长高质量N掺杂的p型ZnO薄膜是很困难的,而H2作为载气的加入明显改善了ZnO薄膜的光学性质,在生长过程中加入H2将为获得高质量N掺杂的p型ZnO薄膜提供一种途径。     

催化剂对热蒸发CVD法生长β-Ga2O3纳米材料的结构及发光特性的影响

用热蒸发CVD法制备了β-Ga2O3纳米材料,探讨了Au催化剂对纳米结构和形貌的影响,并研究了其光致发光特性。X射线衍射(XRD)分析显示产物为单斜结构的β-Ga2O3。扫描电子显微镜(SEM)测试表明:Au催化剂颗粒尺寸较小时,制备的产物为尺度均匀的β-Ga2O3纳米线,宽度小于100 nm,长度为几微米至几十微米;增加催化剂颗粒尺寸时,制备出的β-Ga2O3纳米结构的尺度变大,形貌由纳米线逐步形成纳米带、片等形状。β-Ga2O3纳米结构在波长516 nm处有很强的绿光发光带,而且随着催化剂颗粒尺寸的增加,发光强度和峰位"红移"现象逐渐减弱。     

化学气相沉积法制备β-Ga_2O_3纳米结构及其缺陷发光性质研究

利用化学气相沉积法(CVD),在不同压强下分别得到β-Ga2O3纳米线(NWs)和纳米带(NBs)。研究结果表明,获得的NWs与NBs均为单斜结构的β-Ga2O3,且NWs结晶质量优于NBs。在阴极射线发光(CL)光谱中,发现NWs与NBs在近紫外和蓝光波段有较强的发光。对比NWs与NBs的CL光谱,推断β-Ga2O3在374 nm和459 nm的近紫外和蓝色发光峰分别来自于Ⅰ型和Ⅱ型氧空位(VO(I)和VO(Ⅱ))的缺陷复合。     

水热法制备Eu3+掺杂β-Ga2O3粉体的结构及性能

采用水热法制备了Eu3+掺杂的β-Ga2O3粉体,利用X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和发光光谱等测试手段对其物相、形貌和发光性能等进行了研究.结果表明:所得样品为单斜晶系的β-Ga2O3;在波长为325 nm的He-Cd激光器激发下,发射光谱的最强峰位于612 nm,属于Eu3+的5 D0→7F2电偶极跃迁;在模拟太阳光照射下,样品对甲基橙具有较高的光催化降解率,经过2h后,甲基橙的降解率可达到75％.     

N掺杂对非晶C薄膜的电子结构与光学性质的影响

用直流磁控溅射法制备了非晶C薄膜及N掺杂非晶C(a-C∶N)薄膜,用紫外-可见分光光谱仪、椭圆偏振仪、俄歇电子能谱(AES)等对薄膜进行了检测。结果表明：随源气体中N气含量的增加,透过率和折射率变小, 而光学带隙先增大后减小; 当薄膜中N的含量很少,N的掺入对sp3杂化C起稳定作用,使得薄膜光学带隙E_g增大。而较高量N的掺入抑制了sp3杂化C的形成,提高了薄膜中sp2键含量,使得薄膜光学带隙变小。参数D定义为俄歇电子能谱(AES)中最大正峰和最低负峰之间的距离,用俄歇电子能谱中的D值来计算薄膜的sp2键的百分含量,俄歇电子能谱(AES)表征也表明：较高量的N的掺入抑制了sp3杂化C的形成。所以应该考虑在较低N分压条件下掺N来改善非晶C薄膜的光学性能。     

Er2O3薄膜的光学常数和介电性能

采用射频磁控反应溅射技术,在不同的Ar/O2流量比条件下制备了系列Er2O3薄膜样品.采用椭偏光谱和紫外一可见光透射光谱测试分析技术,研究了Er2O3薄膜的折射率、消光系数、透射率和光学带隙等光学常数与制备工艺的关系.研究了不同条件下制备的Er2O3薄膜的介电常数和Ⅰ～Ⅴ特性.结果表明,Er2O3薄膜的折射率、禁带宽度和介电常数随Ar/O2流鼍比的增加而增加,而消光系数基本不随Ar:O2流量比的变化而变化.在Ar:O2流量比为7:1制备的Er2O3薄膜具有较好的物理性能,在可见红外波段其折射率约1.81,消光系数为3.7×10-6,禁带宽度5.73 eV,介电常数为10.5.     

Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的制备和特性研究

β-Ga₂O₃是一种宽带隙半导体材料,能带宽度E_g≈5.0eV,在光学和光电子学领域有广泛的应用。用射频磁控溅射方法在Si衬底和远紫外光学石英玻璃衬底制备了本征β-Ga₂O₃薄膜及Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜,用紫外 可见分光光度计、X射线衍射仪、荧光分光光度计对本征β-Ga₂O₃薄膜及Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的光学透过、光学吸收、结构和光致发光进行了测量,研究了Zn掺杂和热退火对薄膜结构和光学性质的影响。退火后的β-Ga₂O₃薄膜为多晶结构,与本征β-Ga₂O₃薄膜相比,Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的β-Ga₂O₃(111)衍射峰强度变小,结晶性变差,衍射峰位从35.69°减小至35.66°。退火后的Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的光学带隙变窄,光学透过降低,光学吸收增强,出现了近边吸收,薄膜的紫外、蓝光及绿光发射增强。表明退火后Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜中的Zn原子被激活充当受主。     

N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

采用射频磁控溅射技术, 在不同温度下制备了N掺杂Cu₂O薄膜．透射光谱分析发现, N掺杂导致Cu₂O成为允许的带隙直接跃迁半导体, 并使Cu₂O的光学禁带宽度增加．不同温度下沉积的薄膜光学禁带宽度E_g=2.52± 0.03 eV．第一性原理计算表明, N掺杂导致Cu₂O的禁带宽度增加了约25%, 主要与价带顶下移和导带底上移有关, 与实验报道基本符合．N的2p电子态分布不同于O原子, 在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu₂O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因．     

三氧化二镓的高压拉曼光谱研究

β-Ga2O3是一种宽禁带半导体材料(Eg=4.8 eV).研究β-Ga2O3在高压(高应力)条件下的相稳定性和晶格动力学特性对其材料应用具有重要的参考价值.目前关于Ga2O3在高压下的晶格动力学特性研究较少,且Ga2O3的β→α的高压相变压力仍然具有争议.本工作采用基于金刚石压砧(DAC)的高压拉曼光谱技术研究了Ga...     

氧化镓薄膜的制备及其日盲紫外探测性能研究

采用射频磁控溅射方法在蓝宝石单晶衬底上沉积氧化镓(Ga2O3)薄膜,并通过光刻剥离工艺(Lift-off)制备了金属-半导体-金属结构的Ga2O3日盲紫外探测器。对不同温度下沉积的Ga2O3薄膜分析表明,在800℃下获得的薄膜结晶质量最好,薄膜的导电性则随着沉积温度的上升先增大后减小。在800℃制备的β-Ga2O3薄膜的可见光透光率大于90%,光学吸收边在255 nm附近。在10 V偏压下,探测器的暗电流约为1n A,光电流达800 n A,对紫外光响应迅速。器件的响应度达到0.3 A/W,260 nm波长处的响应度是290 nm波长对应响应度的40倍,可实现日盲紫外波段的探测。