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高质量单晶立方相MgZnO薄膜的生长制备器件特性研究

王立昆  
【摘要】:近几年,工作于深紫外区(200-300nm)的半导体光电探测器件已经得到广泛关注,这是由于这一类型的器件广泛用于火焰探测、生物化学制剂探测等方面。作为一种优异的宽禁带半导体材料,MgZnO薄膜很快成为研究热点,成为可以与AlGaN相媲美的候选材料。2008年,本组成功实现了覆盖整个日盲波段的MgZnO基紫外探测器,这为MgZnO基深紫外光电子器件发展奠定了基础。我们知道,要想实现高性能的MgZnO基紫外探测器件,高质量的半导体材料是必不可少的。然而,目前国际上获得的MgZnO薄膜大多为六角结构,并由于MgZnO存在结构分相问题其结晶质量还是一个难题。 本文具体研究内容如下: 1、利用低压金属化学气相沉积方法(LP-MOCVD)进行了立方相MgZnO薄膜的制备及其特性研究,通过控制氧气流量,改变生长时II/IV比例,优化了薄膜的生长条件,发现随着氧气量的提高,薄膜的结晶质量有了明显改善。这为生长高质量MgZnO薄膜提供了思路。 2、在蓝宝石衬底上在低温富氧的条件下获得了高质量单晶立方相MgZnO薄膜。利用常规及高精度X射线扫描对样品进行表征,摇摆曲线半高宽为848角秒,二维X射线图像呈现明亮的圆型衍射斑,证实了制备的薄膜为单晶立方相MgZnO薄膜,为国际首次报道。利用热蒸镀,光刻工艺在制备的单晶MgZnO薄膜上制备了金属-半导体-金属结构的探测器,利用半导体特性分析仪,自组建的光响应测试系统,响应时间测试系统对器件的性能进行了表征,得到了高响应度低暗电流的日盲探测器,在10伏偏压下,246nm处响应度为396mA/W,暗电流为0.45pA,为国际上日盲探测器报道最好的结果之一。 3、在氧化镁衬底上实现了不同锌组分MgZnO薄膜的外延生长,通过扫描电镜发现高锌组分的MgZnO薄膜表面出现岛状结构,认为是由薄膜中的应力导致的。 4、在MgZnO/n-Si异质结的基础上制备了响应峰值位于280nm的探测器件。器件在0伏下的响应度为1.3mA/W。利用能带结构分析得出日盲区的响应归因于异质结的能带阶跃和内建电场的共同作用。


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