【摘 要】
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氧化镓（Ga2O3）作为新型宽禁带半导体材料,存在α、β、γ、δ、ε和k六种晶体,禁带宽度约为4.9e V,具有优异的物理化学性能,引起了诸多学者的广泛关注。外延薄膜是器件的有源层,高质量的Ga2O3外延膜是制备各类器件的基石。目前,Ga2O3外延薄膜生长技术存在生长温度高、生长速率低、薄膜质量差等问题,且在生长过程中薄膜会引入氧空位等缺陷,造成所制备的器件性能较差。等离子体是物质的第四态,通过等
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氧化镓（Ga2O3）作为新型宽禁带半导体材料,存在α、β、γ、δ、ε和k六种晶体,禁带宽度约为4.9e V,具有优异的物理化学性能,引起了诸多学者的广泛关注。外延薄膜是器件的有源层,高质量的Ga2O3外延膜是制备各类器件的基石。目前,Ga2O3外延薄膜生长技术存在生长温度高、生长速率低、薄膜质量差等问题,且在生长过程中薄膜会引入氧空位等缺陷,造成所制备的器件性能较差。等离子体是物质的第四态,通过等离子体活化前驱体,可以在较低的温度下以较快的生长速率获得Ga2O3外延膜。此外,等离子体处理技术也是一种十分有效的改性手段,通过对材料表面结构与缺陷的调控,从而改变材料的性能。本文利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术,在较低温度下,以液态金属镓为镓源,绿色环保且低成本地制备了Ga2O3外延薄膜。同时针对Ga2O3薄膜中氧空位浓度高的问题,为降低氧空位浓度,对Ga2O3薄膜进行原位等离子体处理,基于处理后的薄膜构建日盲紫外探测器,分析其光电性能,研究内容如下:1.等离子体生长Ga2O3薄膜研究。以蓝宝石为衬底,采用PECVD技术在较低温度下生长Ga2O3薄膜,研究衬底取向对薄膜晶相及光电性能的影响,结果表明在c面和a面生长的Ga2O3薄膜为β相,而在m和r面生长的Ga2O3薄膜为非晶态,原因可以归结为Ga2O3晶格与不同取向蓝宝石衬底的晶格匹配度不同。此外,在c面蓝宝石得到的Ga2O3基光电探测器表现出最低的暗电流（0.17 n A）,最高光暗比（242.4）,而在m面得到的探测器表现出最高的响应率（27.7 m A/W）。2.等离子体处理Ga2O3薄膜及光电性能研究。采用不同等离子体源处理β-Ga2O3外延薄膜,研究等离子体对薄膜物性的影响。结果表明不同等离子体处理前后薄膜的晶体结构均未发生变化,但氧等离子体处理后薄膜的氧空位浓度降低而氮等离子体处理后氧空位浓度提升。此外,未经等离子处理的器件,其暗电流为4.3 n A,响应时间为0.157 s;氧等离子体处理后的器件,其暗电流为7 p A,响应速度为0.031 s,展现出更低的暗电流和更快的光响应速度。3.等离子体处理对Ti3C2Tx/β-Ga2O3肖特基结探测器的影响。经氧等离子体处理的β-Ga2O3薄膜与Ti3C2Tx构建肖特基结,获得自供电型光电探测器。结果表明,在0 V偏压、254 nm（1000μW/cm~2）紫外光辐照下,处理前器件的光暗比为2.56×10~2,响应上升时间为0.532 s,下降时间为1.26 s;经氧等离子体处理后,器件光暗比为2.43×10~3,响应上升时间为0.083 s,下降时间为0.044 s,展现出更高的光暗比和更快的光响应。
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