Ga2O3薄膜的磁控溅射制备及其性能研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tzl1986
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透明导电氧化物薄膜因为其在发光二极管、激光器、平面显示和薄膜太阳能电池等领域的具有广泛应用前景,得到了科研人员的重点研究。目前,人们为应对深紫外光探测和应用方面对透明导电氧化物薄膜所提出的越来越高的性能要求,已经将研究热点和重点转移到寻找宽禁带的透明导电氧化物薄膜材料上来,其中Ga2O3薄膜材料最受关注。  本文采用磁控溅射的方法分别制备了β-Ga2O3薄膜和金颗粒附着的β-Ga2O3薄膜,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外吸收光谱仪、荧光光谱仪、电学测试平台等手段,分别表征了所制备β-Ga2O3薄膜和金颗粒附着的β-Ga2O3薄膜的结晶物相、微观形貌、光学性能、电学性能。初步探讨了制备条件(如沉积气压,衬底温度,沉积气氛,热处理温度等)对于Ga2O3薄膜的结构以及性能的影响。  通过较系统的研究,论文得到的主要结论为:  (1)探索了用磁控溅射法生长β-Ga2O3薄膜的基本参数,讨论了这些参数对薄膜结构和光学性能的影响。优化的制备参数为:以蓝宝石(α-Al2O3(0001)面)为基底,气压为1 Pa,衬底温度为700℃,溅射功率80 W。所得薄膜宏观上表面光滑透明,微观上表面晶粒致密。  (2)对所制备β-Ga2O3薄膜进行了退火处理,退火温度分别是600℃、700℃和800℃。结合SEM观察发现退火处理会使薄膜的结晶性提高,晶粒平均尺寸变大。紫外吸收光谱显示薄膜的光吸收系数从200 nm到260 nm逐渐下降,对260 nm之后的光几乎不吸收,说明所制备的薄膜具有较好的紫外光透过性能。而且退火温度的增加会导致薄膜的禁带宽度增加。荧光发光谱显示激发波长为202 nm时,薄膜的最强发光峰出现在467nm左右,退火后发光强度增强并在600℃时最大。  (3)在β-Ga2O3薄膜上制作了Au/Ti叉指电极,通过电学测试平台测试了不同气氛下生长所得薄膜样品的电学性能。Ar气气氛下所得薄膜样品在黑暗、365 nm光照、254 nm光照下的电流分别为2.4μA、7.5μA和76.5μA。但在O2气气氛下所得薄膜样品的暗电流和光电流都较小。  (4)用直流溅射法在薄膜表面镀金,通过控制溅射时间,可以调控薄膜表面金颗粒的大小。镀金后薄膜的吸收光谱测试表明,镀金后薄膜的吸收曲线在深紫外区域和未镀金薄膜相似,只是在550 nm左右出现了较明显的红光吸收峰,并且红光吸收峰强度随薄膜的镀金时间增长而增加。  论文的相关研究工作为β-Ga2O3透明导电氧化物薄膜在深紫外光探测和应用方面的基础研究提供了技术依据,也丰富了用磁控溅射制备β-Ga2O3薄膜和在β-Ga2O3薄膜表面生长金颗粒的方法。
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