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紫外透明导电氧化镓薄膜的制备及性能表征

袁苑  
【摘要】:随着半导体光电技术的日益发展,宽禁带透明导电氧化物薄膜已经成为半导体材料研究的热点之一。氧化镓作为一种直接带隙的宽禁带(Eg=4.5~5.0eV)化合物半导体材料,被广泛应用于各种气敏传感器、紫外探测器、液晶显示器以及紫外发光器件的透明电极等领域。 本文论述了目前被广泛研究并业已成熟的透明导电氧化物薄膜材料,并对氧化镓薄膜的性质、制备方法及其在现代技术中的应用进行了综述和展望。利用自行设计的特殊靶托,首次采用直流反应磁控溅射和液态金属镓靶制备了氧化镓薄膜,并研究了溅射过程中不同工艺参数以及不同氧化方案对氧化镓薄膜结晶质量、光学性质的影响。利用X射线衍射仪,紫外—可见分光光度计,场发射扫描电镜,傅立叶红外光谱仪等对氧化镓薄膜的结构性能,光学性能及表面形貌进行了测试和分析。 此外,论文研究了利用在氧化镓中掺锡制备紫外透明电极的可能性。首先通过量子力学的理论计算,得出掺Sn的氧化镓薄膜具有n型导电的性质,替位锡在氧化镓中是施主。在理论预期的基础上,采用双靶磁控溅射的方法,制备了掺锡的氧化镓薄膜,即Ga_xSn_(1-x)O薄膜。通过改变Sn靶的溅射时间与镓靶溅射时间的比例实现了不同浓度的锡掺杂。 实验结果表明,随着Sn含量的增加,薄膜的结晶质量变好,薄膜禁带宽度连续减小,电学性能测试表明薄膜具有n型导电的性质,电阻率约为2.5×10~3Ω cm,验证了理论计算的结果。且金属膜热氧化法得到的薄膜结晶性能比反应磁控溅射直接氧化法要好,掺锡的氧化镓具有n型导电性,可望用于可透过紫外的导电薄膜而应用于半导体紫外光电器件中。


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