磁控溅射工作压强对β-Ga2O3薄膜特性的影响

作为新兴的第三代半导体材料,β-Ga₂O₃高质量薄膜是制备高效Ga₂O₃基器件的基础,β-Ga₂O₃薄膜的制备、表征及光电特性的研究具有深刻的意义。通过分析研究磁控溅射工作压强变化对薄膜性能和形貌的影响,为制备更高质量的薄膜提供了一种新的方法。基于射频磁控溅射方法,在单晶c面蓝宝石(Al₂O₃)衬底上沉积生长Ga₂O₃薄膜,并进行900℃、90min的氮气退火处理,以得到β-Ga₂O₃薄膜。沉积过程不改变其他实验参数,仅改变工作压强,研究工作压强对β-Ga₂O₃薄膜特性的影响。X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征结果显示,β-Ga₂O₃薄膜具有不同取向的衍射峰,沿着■晶向择优生长,薄膜呈多晶状态。适当增大工作压强可使β-Ga<...     

磁控溅射氧氩体积流量比对β-Ga2O3薄膜的影响

利用射频磁控溅射在c面单晶蓝宝石(Al₂O₃)衬底上制备Ga₂O₃薄膜,研究了溅射过程中通入氧气与氩气的体积流量比对经过异位高温后退火处理得到的β-Ga₂O₃薄膜特性的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行表征,结果表明β-Ga₂O₃薄膜沿着■晶面择优生长,具备较好的单一取向性。在氧氩体积流量比约为1∶20时,薄膜的结晶性能相对较好、表面晶粒分布较均匀、均方根粗糙度较小、晶粒尺寸较大。此外,吸收光谱表征结果表明,不同氧氩体积流量比下制备得到的β-Ga₂O₃薄膜的带隙变化范围为4.53～4.64 eV,在较低氧氩体积流量比下制备的β-Ga₂O₃薄膜表现出较优的光学性质,在波长200～300 nm内具有较好的吸收特性,表现出良好的深紫外光学特性。     

室温下β-Ga2O3纳米柱的脆韧转变研究

β-Ga₂O₃的力学性能关系到相关电子器件的制造、封装以及应用,然而目前关于β-Ga₂O₃单晶的力学变形机制研究还相对匮乏。本文研究了(100)β-Ga₂O₃单晶在压应力作用下的力学行为,发现其极易沿着(100)B面脆断,并计算得到该材料的断裂应力范围为314.1～615.1 MPa。进一步揭示了不同长径比、不同直径对β-Ga₂O₃纳米柱力学变形行为的影响,实验结果表明：当长径比>2时,β-Ga₂O₃纳米柱在不同直径下均沿着(100)B面发生脆断;当长径比<2且直径<200 nm时,(100)β-Ga₂O₃发生脆性向塑性的转变,表现为先沿着■面发生滑移,之后沿着(100)B面断裂。最后,讨论了晶体学取向对于小尺寸β-Ga₂O₃塑性的影响,研究结果为理解β-Ga     

氧分压对脉冲激光沉积β-Ga2O3-δ薄膜光学性能的影响

在不同氧分压下,用脉冲激光沉积法在c-蓝宝石衬底上制备了高质量β-Ga₂O_3?δ薄膜。通过X-射线衍射、远红外反射光谱、X-射线光电子能谱和紫外-可见-近红外透射光谱系统地研究了β-Ga₂O_3?δ薄膜的晶格结构、化学计量比和光学性质。X-射线衍射分析表明,所有沉积的薄膜以(-201)晶向方向生长。透射光谱显示薄膜在255 nm以上的紫外-可见-近红外波段具有80%以上的高透明度,同时在255 nm附近有一个陡峭的吸收边。此外,利用Tauc-Lorentz(TL)色散函数模型和Tauc公式,我们提取了β-Ga₂O_3?δ薄膜的光学常数和光学直接带隙。更进一步,我们通过理论计算解释了氧气分压对β-Ga₂O_3?δ薄膜光学性质的影响。     

增强型β-Ga2O3/4H-SiC异质结VDMOS的设计与研究

由于β-Ga₂O₃材料难以形成P型掺杂，目前β-Ga₂O₃功率器件大多为无结耗尽型。为了解决β-Ga₂O₃器件难以形成增强型的问题，提出了一种具有β-Ga₂O₃/4H-SiC异质结的纵向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOS)。添加P型4H-SiC后，利用形成的PN结的单向导通性得到了正阈值电压，实现了增强型器件。使用Sentaurus TCAD仿真软件模拟了器件结构并研究了其电学特性，通过调节SiC厚度、SiC沟道浓度、外延层厚度和外延层浓度四个重要结构参数，对器件的功率品质因数进行优化设计。优化后的器件具有1.62 V的正阈值电压、39.29 mS/mm的跨导以及5.47 mΩ·cm²的比导通电阻。最重要的是器件的关态击穿电压达到了1838 V,功率品质因数高达617 MW/cm²。结果表明，该β-Ga₂O₃/...     

阳极刻蚀提升Ga2O3肖特基势垒二极管击穿特性

提出了一种采用阳极刻蚀提升Ga₂O₃肖特基势垒二极管(SBD)击穿特性的新方法。基于氢化物气相外延(HVPE)法生长的Ga₂O₃材料制备了Ga₂O₃纵向SBD。在完成阳极制备后，对阳极以外的Ga₂O₃漂移区进行了不同深度的刻蚀，刻蚀完成后，在器件表面生长了SiO₂介质层，随后制备了场板结构。测试结果显示，刻蚀后器件的比导通电阻小幅上升，而反向击穿电压均大幅提升。刻蚀深度为300 nm的β-Ga₂O₃ SBD具有最优特性，其比导通电阻(R_{on, sp})为2.5 mΩ·cm²,击穿电压(V_br)为1 410 V,功率品质因子(FOM)为795 MW/cm²。该研究为高性能Ga₂O₃ SBD的制备提供了一种新方法。     

肖特基型β-Ga2O3日盲紫外光电探测器

本文制备并研究了肖特基型β-Ga₂O₃日盲紫外光电探测器.结果表明：通过脉冲激光沉积外延生长的β-Ga₂O₃的（-201）晶面 X射线衍射峰半高宽仅为36 arcsec,表现出了高的晶体质量;光暗条件下的I-V曲线显示所制备的器件具有明显的肖特基整流特性,在-5V偏压下暗电流保持在0.1nA量级,正向导通电压为1.5V;光电流谱显示器件在240nm处存在显著的峰值响应,并在260nm左右呈现陡峭的截止边,日盲紫外的带内带外抑制比达到1000.同时,也研究了不同掺杂对Ga₂O₃晶体质量的影响.     

Electronic structure and optical properties of F-doped β-Ga2O3 from first principles calculations

The effects of F-doping concentration on geometric structure, electronic structure and optical property of β-Ga₂O₃ were investigated. All F-doped β-Ga₂O₃ with different concentrations are easy to be formed under Ga-rich conditions, the stability and lattice parameters increase with the F-doping concentration. F-doped β-Ga₂O₃ materials display characteristics of the n-type semiconductor, occupied states contributed from Ga 4s, Ga 4p and O 2p states in the conduction band increase with an increase in F-doping concentration. The increase of F concentration leads to the narrowing of the band gap and the broadening of the occupied states. F-doped β-Ga₂O₃ exhibits the sharp band edge absorption and a broad absorption band. Absorption edges are blue-shifted, and the intensity of broad band absorption has been enhanced with respect to the fluorine content. The broad band absorption is ascribed to the intra-band transitions from occupied states to empty states in the conduction band.     

基于MIS电容器的Al2O3与In0.74Al0.26As的界面特性

采用In_0.74Al_0.26As/In_0.74Ga_0.26As/In_xAl_1-xAs异质结构多层半导体作为半导体层,制备了金属-绝缘体-半导体（MIS）电容器。其中,SiN_x和SiN_x/Al₂O₃分别作为MIS电容器的绝缘层。高分辨率透射电子显微镜和X射线光电子能谱的测试结果表明,与通过电感耦合等离子体化学气相沉积生长的SiN_x相比,通过原子层沉积生长的Al2_O3可以有效地抑制Al₂O₃和In_0.74Al_0.26As界面的In₂O₃的含量。根据MIS电容器的电容-电压测量结果,计算得到SiN_x/Al₂O₃/In...     

Homoepitaxial growth of (100) Si-doped β-Ga2O3 films via MOCVD

Homoepitaxial growth of Si-doped β-Ga₂O₃ films on semi-insulating(100) β-Ga₂O₃ substrates by metalorganic chemical vapor deposition(MOCVD) is studied in this work. By appropriately optimizing the growth conditions, an increasing diffusion length of Ga adatoms is realized, suppressing 3D island growth patterns prevalent in(100) β-Ga₂O₃ films and optimizing the surface morphology with [010] oriented stripe features. The slightly Si-...     

Two-step growth of β-Ga2O3 on c-plane sapphire using MOCVD for solar-blind photodetector

In this work,a two-step metal organic chemical vapor deposition(MOCVD) method was applied for growing β-Ga₂O₃ film on c-plane sapphire.Optimized buffer layer growth temperature(T_B) was found at 700℃ and the β-Ga₂O₃ film with full width at half maximum(FWHM) of 0.66° was achieved.A metal-semiconductor-metal(MSM) solar-blind photodetector(PD)was fabricated based on the β-Ga₂O₃ film.Ultrahigh responsivity of 1422 A/W@254 n...     

WO3/SnO2复合薄膜的制备及光电性能

采用水热法和电化学沉积法,成功制备了包覆有SnO₂纳米颗粒的WO₃纳米棒阵列薄膜,退火处理后形成WO₃/SnO₂异质结复合薄膜。通过改变SnO₂的沉积时间得到了复合薄膜的最佳制备条件。采用XRD,FESEM对WO₃/SnO₂复合薄膜的物相和形貌进行了分析,通过电化学工作站对WO₃/SnO₂复合薄膜的光电性能进行了研究,结果表明,电沉积时间为120 s时,WO₃/SnO₂复合薄膜具有最小的阻抗,且在0.6 V的偏压下光电流密度为0.46 mA/cm²,相比于单一WO₃纳米棒薄膜,表现出更好的光电化学性能。     

Al2O3-SiO2/纤维素复合气凝胶的制备及其阻燃性能

针对纤维素气凝胶隔热性能差、易燃烧等问题,基于液氮定向冷冻及真空冷冻干燥技术,以低成本、环境友好的微晶纤维素为原材料,Al₂O₃-SiO₂溶胶为阻燃剂,去离子水为溶剂,加入硼酸作为催化剂控制共水解进程,制备出隔热阻燃性能良好的Al₂O₃-SiO₂/纤维素复合气凝胶。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、锥形量热仪等研究了Al₂O₃-SiO₂溶胶含量对材料结构与性能的影响,并分析了复合气凝胶的阻燃机制。结果表明,随着Al₂O₃-SiO₂溶胶含量的增加,Al₂O₃-SiO₂/纤维素复合气凝胶从蜂窝状结构向多孔三维网络结构转变,孔径减小。Al₂O₃-SiO₂溶胶与微晶纤维素溶液体积比为2...     

不同介电层对HfxZr1-xO2薄膜铁电性能影响的研究进展

近年来,铁电Hf_xZr_1-xO₂(HZO)薄膜受到越来越多的关注,但是铁电层与电极材料层以及铁电层与半导体衬底层之间的界面问题并没有得到解决,阻碍了HZO薄膜的进一步应用。总结了通过引入不同介电层材料,如Al₂O₃、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅等,调节HZO薄膜铁电性能的方法及其机理;详细介绍了各种介电层材料作为封盖层对HZO薄膜铁电性能的影响,如对HZO薄膜提供平面内应力、控制铁电层的晶粒尺寸及作为铁电层形核核心的作用;最后,总结并展望了利用介电层调控HZO薄膜铁电性能的一般规律,为后续相关研究的开展提供了指导。     

基于分等级中空微球结构Co3O4/WO3复合材料的制备及对H2S的气敏性能

通过简单的水热法合成了由纳米颗粒自组装而成的分等级中空微球结构WO₃和Co₃O₄/WO₃材料,整个实验过程中不添加任何的表面活性剂和模板剂,符合绿色化学发展理念。对样品的形貌、结构、化学成分和气敏性能进行了表征。结果表明,Co₃O₄/WO₃复合材料成功构筑p-n异质结并呈中空微球结构。在气敏性能测试中,Co₃O₄/WO₃复合材料传感器在最佳工作温度50℃下对体积分数为1×10^-5的H₂S气体的响应值为42.1,约为WO₃传感器的3.37倍,响应时间仅为8 s。本实验还进行了1×10^-8～5×10^-5不同体积分数的H₂S气体连续循环检测,检测下限低至1×10^-8。同时,所制备的传感器具有良好的稳定性、选择性和重现性。此外...     

Nd2O3含量对宽带激光熔覆生物活性稀土梯度涂层生物相容性的影响

针对目前生物活性陶瓷涂层存在的问题,设计了一种梯度涂层,采用宽带激光熔覆技术,通过加入不同含量的稀土氧化物Nd₂O₃来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物相容性,在Ti-6Al-4V合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。利用SEM、XRD对活性涂层组织结构进行了研究。采用体外人成骨细胞与材料共培养的方法,对梯度活性陶瓷涂层进行了细胞形态实验。结果表明:Nd₂O₃含量的不同,对涂层催化效果不一样,使得复合涂层呈现形态各异的表面特征,但涂层表面都具有一定的粗糙度,将增加生物陶瓷涂层与骨组织的生物相容性;稀土氧化物Nd₂O₃在激光熔覆生物陶瓷过程中具有催化合成HA+β-TCP的作用,当w（Nd₂O₃）=0.6%时,诱导合成HA+β-TCP的数量最多;含稀土氧化物Nd₂O₃的涂层对成骨细胞无毒副作用,当w（Nd₂O₃）=0.6%时染色呈正常梭形状态的细胞数目最多,具有最佳的生物相容性。     

一种具有高能量分辨率Al2O3钝化结区的PIN探测器

提出了一种Al₂O₃钝化结区的PIN探测器，与传统PIN探测器不同的是，在器件正面的pn结和背面的高低结处沉积了10 nm厚的Al₂O₃薄膜。经TCAD仿真结果表明，该探测器具有更低的漏电流和保护环处的电子电流密度，能对高能粒子射线入射产生良好的响应。设计了两种探测器的制备步骤并制备了器件，通过薄膜少子寿命的表征、器件的暗态I-V测试和²⁴¹Am元素能谱测试对其进行了评估。测试结果表明，与传统的PIN探测器相比，Al₂O₃钝化结区的PIN探测器的少子寿命提升至1 061μs,漏电流降低至5 nA,能量分辨率提升至521 eV,表现出更好的探测性能。     

Bi2O3掺杂Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3压电陶瓷及微型气泵的制备与性能研究

采用固相法制备了Bi₂O₃掺杂的Ba_0.85Ca_0.15(Zr_0.1Ti_0.88Mn_0.02)O₃压电陶瓷，研究了体系的微观结构，以及Bi₂O₃掺杂量对体系压电性能的影响；将体系最优性能的样品装配成微型气泵，并与日本村田的MZB1001T02微型泵进行了性能对比。研究表明，Bi₂O₃掺杂Ba_0.85Ca_0.15(Zr_0.1Ti_0.88Mn_0.02)O₃的无铅压电陶瓷呈单一的钙钛矿结构，少量的Bi₂O₃掺杂使体系保持了三方-四方相共存的特性。当掺杂量(质量分数)为0.05%时，样品晶粒分布均匀，介电和压电性能最优，即ε^T_33...     

Al2O3厚度对SAW传感器声波模式及性能的影响

该文采用多物理场耦合的有限元模型,探究了保护层Al₂O₃厚度对以LGS为压电基底、Pt为电极的声表面波(SAW)高温传感器中声波特性及器件性能的影响。结果表明,随着Al₂O₃保护层厚度的增加,声表面波在L波方向的振动位移增加,在SH波和SV波方向的振动位移减弱,当保护层归一化厚度为6.25%时,其能量向衬底内部扩散;当保护层归一化厚度为18.75%时,Rayleigh波消失,此时为体波BAW模式;增加Al₂O₃保护层,波速v、机电耦合系数K²显著升高;一阶频率温度系数τ_f,1和转换温度随保护层厚度的增加而升高。利用Al₂O₃薄膜对SAW温度传感器进行结构优化,为了获得良好的综合性能,归一化厚度应该在0.94%附近。     

基于超宽β-Ga2O3微米带的日盲光电探测器研究

氧化镓的禁带宽度接近5 eV,是一种极具前景的日盲紫外探测半导体材料。基于碳热还原法生长高质量β-Ga₂O₃微米带制备出MSM(Metal-Semiconductor-Metal)结构光电导紫外探测器,研究了不同的结构对光电器件性能的影响。结果表明等间距叉指电极光电探测器相较于两端电阻型光电探测器有更优异的性能。在10 V/254 nm紫外光照下,其响应度、外部量子效率、比探测率和光响应时间等性能提高明显,其中光电流(I_photo)有接近2个数量级的提升,且-2 V附近光暗电流比值增大至2.29×10⁵。随着叉指电极间距从50μm缩减至20μm,器件I_photo变大,其物理机制归因于阳极附近的耗尽层占据电极间微米带的比例增大引发了更高的光生载流子输运效率。