厘米级β-Ga2O3微米线的生长及单根微米线日盲紫外探测器的光电性能研究

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单斜结构β-Ga2O3是一种超宽带隙(4.9eV)的新型半导体材料,在新一代电力电子器件和光电器件领域有着广阔的应用前景。β-Ga2O3无需进行材料组分调制,光响应峰值就位于日盲紫外中心波段,是一种非常理想的日盲紫外探测材料。另外,β-Ga2O3微/纳结构由于比表面积大,结晶质量好,能够显著增加探测器件的灵敏度。本文针对β-Ga2O3研究领域的热点和难点,利用CVD方法生长出了高密度、大尺度的厘米级β-Ga2O微米线,基于生长的β-Ga2O3微米线制作出了单根微米线的日盲紫外探测器,并对探测器的光电特性进行了研究。论文的主要研究内容如下:(1)利用化学气相沉积法(CVD),在无催化剂的条件下制备出厘米级的大尺寸β-Ga2O微米线,微米线长度范围在0.2-1cm之间,并研究了生长温度对样品形貌、结构、光学等性质的影响。通过测试表明,生长温度对微米线的长度和质量都有着非常大的影响。随着生长温度的升高,β-Ga2O3微米线的长度逐渐变长,晶体质量逐渐变好,当生长温度达到1150℃时,微米线的长度达到最大值。而后随着温度的进一步升高长度和质量反而又开始变短和变差,通过研究得出我们采用CVD法制备β-Ga2O3微米线的最佳生长温度为1150℃。此外,还对β-Ga2O3微米线的光学特性进行了研究分析。(2)利用生长出的β-Ga2O3微米线制备单根线的紫外探测器,首先将单根微米线剥离,将其放在玻璃衬底上两端制作电极进而制备出MSM结构的单根Ga2O3微米线日盲紫外探测器。该探测器显示出一个非常低的暗电流约为1.lOnA,在10V偏压下,器件对365nm的紫外光几乎不响应,而在254nm光照下,电流迅速增大为5.12μA,光暗电流比约为4.65×103。此外,10V下器件获得了优异的光电探测性能:其响应度为17.06A/W,外量子效率为8329%,响应时间和恢复时间分别为0.34s和0.25s。另外,我们在器件微米线的表面镀上一层金的纳米颗粒,发现器件光响应特性明显的增强。
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