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半导体氧化镓与金属的接触特性研究

岳超  
【摘要】:单斜结构的氧化镓是一种直接带隙的宽禁带氧化物半导体材料,其禁带宽度约为4.8 eV~4.9 eV,其吸收带边对应深紫外光波段,非常适合制作深紫外光学器件,同时,理论上其巴利加优值因子(εμEb3)仅次于金刚石,将成为功率半导体器件研制的重要候选材料之一。由于金属-半导体接触特性是半导体器件研制的基础,为此,本论文围绕氧化镓半导体器件。首先,开展了氧化镓与金属的接触特性研究,探索出了实现欧姆接触的技术方法,并进一步以氧化镓单晶基片上的同质外延薄膜为材料基础,研制了以欧姆接触特性的光电导紫外探测器和以肖特基接触特性的肖特基二极管,验证了氧化镓与金属接触特性控制方法在器件中的应用。由于氧化镓单晶价格高、供应来源有限,本文在开展氧化镓与金属的接触特性研究时,主要采用蓝宝石衬底上所生长的Sn掺杂氧化镓薄膜。为此,本论文首先采用分子束外延技术在蓝宝石基片上异质外延了掺Sn氧化镓薄膜,采用电子束蒸发制备了Ti/Au电极,系统研究了退火温度、退火时间等热处理工艺参数对氧化镓薄膜接触特性的影响。实验结果表明:在N2氛围中850℃退火30 s可以得到良好的欧姆接触特性,比接触电阻约为5.8×10-2Ω·cm2,基本探索出了实现欧姆接触特性的技术方法,为器件研制奠定了一定基础。最后,本论文采用在氧化镓单晶基片表面的同质外延氧化镓薄膜,研制了欧姆接触特性的光电导紫外探测器和肖特基接触特性的肖特基二极管,器件测试结果显示:对于紫外光敏探测器而言,光谱响应曲线的最高峰值出现在245 nm左右,最大光响应度与280 nm下的光响应度比值达到2个数量级,体现出良好的日盲紫外响应特性。对于肖特基二极管而言,正向阈值电压约为1 V,理想因子为38.6,显示出典型的肖特基结整流特性。


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