【摘 要】
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层状GaS半导体材料以其2.6~3.1 eV的宽禁带特性,填补了层状窄带隙半导体材料和层状绝缘体材料之间的带隙空白;以其优异的光电特性,在新兴的光电子器件领域展示出了广阔的应用前景。然而,在GaS的生长方面,目前存在着GaS物相不可控、GaS纳米片尺寸小和GaS薄膜不均匀生长的问题;在GaS晶体管的电学性能方面,目前存在着载流子场效应迁移率普遍低的问题,结果损害了GaS探测器的光电性能;在GaS探
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层状GaS半导体材料以其2.6~3.1 eV的宽禁带特性,填补了层状窄带隙半导体材料和层状绝缘体材料之间的带隙空白;以其优异的光电特性,在新兴的光电子器件领域展示出了广阔的应用前景。然而,在GaS的生长方面,目前存在着GaS物相不可控、GaS纳米片尺寸小和GaS薄膜不均匀生长的问题;在GaS晶体管的电学性能方面,目前存在着载流子场效应迁移率普遍低的问题,结果损害了GaS探测器的光电性能;在GaS探测器的光电性能方面,目前存在着响应度小、比探测率小和响应速度慢的问题。这些都制约了GaS在光电子器件领域的应用和发展。针对以上问题,本文的研究内容如下:(1)GaS纳米片和薄膜的可控生长研究。本文基于单温区化学气相沉积法,通过生长气压、氢气流量和沉积温度等调控手段,实现了GaS纳米片在物相组成、形核密度和横向尺寸方面的可控生长,最终获得了横向尺寸最大可达5μm的纳米片。空间限域法以其促进材料横向生长和均匀长大的优势而引起了大家的关注,本文通过调节空间间距(9,实现了GaS薄膜在5~20μm厚度范围内的可控生长;改善了GaS薄膜沿气流不均匀生长的状况,最终获得了宏观均匀区域最大可达1 cm~2的均匀薄膜。(2)GaS薄膜基探测器的制备及其光电性能研究。首先通过双层胶工艺制备了MSM型和光电导型GaS薄膜探测器及其场效应晶体管。然后通过研究GaS场效应晶体管的电学性能,结果表明,GaS薄膜的导电类型为p型电导。最后对比地研究了MSM型和光电导型GaS薄膜探测器的光电性能。结果表明,光电导型探测器的最大响应度(0.36 m A·W-1)比MSM型探测器的提升了6倍,最大比探测率(1.1×10~9 Jones)提升了近一个数量级,响应速度(18~30 ms)相当,但是最大暗电流仅仅增大了0.14 n A。(3)GaS/Si异质结宽光谱探测器的制备及其光电性能研究。首先通过负胶工艺制备了GaS/Si异质结探测器。通过研究GaS/Si异质结探测器的宽光谱响应特性,结果表明,和光电导型探测器相比,GaS/Si探测器的最大响应度(19 m A·W-1)提升了50倍,最大比探测率(3.7×1011 Jones)提升两个数量级,而响应速度(16~31 ms)相当。通过研究GaS/Si异质结探测器的自供电特性,结果表明,GaS/Si探测器在零偏压下的响应速度和偏压条件下的相当。综上,本文一方面通过生长气压、氢气流量、沉积温度和空间间距(9等调控手段,实现了Si O2衬底上GaS纳米片和薄膜的可控生长,这为其他衬底上GaS材料的生长提供了一定的指导。另一方面,通过制备欧姆接触的电极、构建GaS薄膜基异质结,这为制备高性能的GaS探测器、拓宽GaS的使用范围提供了有益的参考。
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