导读:本文包含了氧化镓论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:MOSFET,氧化镓
氧化镓论文文献综述
[1]（2019）在《氧化镓MOSFET》一文中研究指出位于柏林的费迪南德·布劳恩研究所(Ferdinand-Braun-Institut)开发了具有创纪录价值的氧化镓功率晶体管。仍在研发中的β氧化镓正在引起人们的轰动,用于功率半导体应用。它是一种宽带隙技术,这意味着它比传统的基于硅的设备更快,并且提供更高的击穿电压。其他宽带隙技术正在出货。在当今的功率半导体市场中,氮化镓(GaN)和SiC MOSFET等两种宽带隙型器件正在不断增加。结晶β氧化镓也很有希望。它的带隙为4.8-4.9eV,击穿场强为(本文来源于《半导体信息》期刊2019年05期）
宋放[2]（2019）在《氧化镓纳米力学性能及固结磨料研磨实验研究》一文中研究指出单晶氧化镓(β-Ga_2O_3)作为新一代宽禁带半导体材料,具有良好的物化性能,可以广泛应用于半导体照明领域,尤其是在GaN基LED衬底材料方面的应用很有前景。衬底基片对晶片材料超精密加工后的表面粗糙度有着纳米级/亚纳米级的精度要求,但是目前国内外对单晶氧化镓纳米力学性能及其超精密加工技术报道仍较少。本文深入研究了氧化镓纳米力学性能和固结磨料研磨工艺,对氧化镓材料的实际应用有着积极的指导意义。主要研究内容和结论有:通过纳米压痕和纳米划痕的试验方法,对β-Ga_2O_3(100)和(010)两个晶面的硬度、弹性模量等纳米机械性能以及弹性变形、塑性变形等力学行为进行了研究。通过对纳米压痕试验结果的分析,发现两面的载荷-位移曲线中均出现了pop-in现象,且(100)和(010)面首次出现pop-in时的压入载荷分别为:4.31mN和5.42mN,经验证纳米压痕过程中首次出现pop-in是晶体材料从弹性变形向塑性变形转变的临界点,计算得出临界点处两面对应的内部剪切应力值分别为60.02GPa和60.84GPa,相应的正应力值分别为14.39GPa和14.17GPa。分析得出(100)面的硬度是10.7GPa,比(010)的硬度12.3GPa要低,随着最大压入载荷的增加,两个晶面的硬度都在显着减少并趋于稳定,表现出明显的“尺寸效应”。(100)面和(010)面的弹性模量分别为209.6GPa和197.7GPa。纳米划痕试验结果表明,氧化镓(100)面和(010)面的塑性域加工切削深度范围分别是96nm~576nm和84nm~421nm。通过固结磨料研磨实验,探索了磨料粒径和研磨压力对氧化镓晶片研磨的材料去除率和表面粗糙度的影响,并分析了氧化镓(100)面和(010)面不同的材料去除特性。实验结果表明氧化镓材料去除率分别随着压力和粒径的增加而增大,但当磨料粒径大于W28时,粒径对材料去除率的变化影响已经不明显。磨料粒径越大,研磨后的表面粗糙度越高,研磨压力增大对表面粗糙度影响不大。氧化镓(100)面为易解理面,在本实验条件下材料去除方式以解理剥离为主,(010)面以脆性断裂为主,(100)面材料相较于(010)面更容易去除,但加工后表面质量不如(010)面。通过优化实验可知,采用3%的5μm粒径的碳化硅微粉研磨液,粒径为W28金刚石磨粒、研磨压力110g/cm~2的金刚石固结磨料研磨工艺,加工氧化镓(100)面和(010)面的去除率分别达到17.75μm/min和17.28μm/min,加工后表面粗糙度分别为214.12nm和119.88nm,在粗磨阶段可以高效地去除氧化镓材料。图[44]表[6]参[66](本文来源于《安徽理工大学》期刊2019-06-10）
董林鹏[3]（2019）在《氧化镓材料特性及光电探测器研究》一文中研究指出超宽禁带氧化物半导体β-Ga_2O_3由于材料本身优良的物理化学特性,以及低廉方便的制备工艺,目前已经被广泛应用于高功率电力电子器件、能源催化、气敏传感器、以及光电器件等方面的研究。本文围绕β-Ga_2O_3材料的基本特性以及目前存在的问题,从理论计算和实验两方面对β-Ga_2O_3材料普遍存在的氧空位以及氮掺杂进行了初步研究;此外采用磁控溅射法和脉冲激光沉积法制备了β-Ga_2O_3薄膜,对薄膜的生长条件进行了优化;最后研究了β-Ga_2O_3在日盲光电探测器方面的应用。本文的研究内容,结果和主要结论如下:1)基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT),采用DFT+U的计算方法,通过调整参数Hubbard U值,得到了与实验结果一致的合理的禁带宽度值(4.9eV)。基于此方法,本文对β-Ga_2O_3中容易出现的氧空位进行了系统地研究,计算了氧空位缺陷的形成能,缺陷转变能级,以及对β-Ga_2O_3能带结构和光学性质的影响。计算得到在绝对零度时,在O-rich和O-poor气氛条件下叁种氧空位的形成能均为负值,因此氧空位在β-Ga_2O_3中极易出现。叁种空位的热力学缺陷转变能级ε(+2/0)距价带顶的距离分别为3.2,3.7和3.9 eV,距离导带底均大于1.0 eV,因此氧空位在β-Ga_2O_3中作为深能级施主杂质存在。当氧空位出现时,由于杂质能级的影响,静态介电常数ε_0的值略微有所减小,材料在可见光区域的吸收作用增强,吸收系数变大。对于V~0_(OI),V~0_(OII)和V~0_(OIII),新的吸收峰中心分别位于3.80,3.52和3.37 eV处。2)采用DFT+U方法研究了目前实现β-Ga_2O_3 p型掺杂最有潜力的掺杂剂氮,以及存在本征缺陷时对氮掺杂β-Ga_2O_3材料特性的影响。对于氮掺杂β-Ga_2O_3,能带计算结果表明氮杂质在距离价带顶1.33 eV处引入了深受主杂质能级,并且氮杂质掺杂由于较高的形成能导致其溶解度较低,因此不能作为β-Ga_2O_3的有效p型掺杂剂。在Ga-rich的条件下本征缺陷氧空位和镓间隙原子在氮掺杂的β-Ga_2O_3的形成能较低,因此在氮掺杂的β-Ga_2O_3中容易出现。能带结构,态密度以及差分电荷密度分布表明,氧空位和镓间隙原子缺陷容易使氮掺杂β-Ga_2O_3向n型导电转变。此外,N_(Ga2O3),N_(Ga2O3)V_O,和N_(Ga2O3)Ga_i的热力学杂质转变能级ε(0/-1)分别为3.37,3.34,和5.27 eV。氧空位和镓间隙原子缺陷会使得掺杂的氮原子更加难以电离,从而降低氮作为受主杂质的效率。最后我们对含本征缺陷的氮掺杂β-Ga_2O_3结构的吸收系数与入射光子能量间的函数关系进行了讨论。3)研究了磁控溅射法制备Ga_2O_3薄膜过程中氧气浓度,以及后续退火温度对氧化镓薄膜的生长速度、结晶质量、表面形貌、以及光学性质的影响。X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)以及拉曼(Raman)光谱测试结果表明,当薄膜淀积过程中引入浓度为1%的氧气并且经过1000°C 1小时高温退火后,氧化镓薄膜具有最优的结晶质量。相比于直接生长的薄膜N-N,通入1%氧气后的薄膜的光学性质明显改善,在紫外-可见光范围内具有最高的光学透过性。通过对吸收系数谱进行Tauc拟合,样品N-N,N-T1000和O1-T1000的光学禁带宽度分别为4.70,4.80和4.87 eV。X射线光电子能谱(X-Ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)和光致发光谱(Photoluminescence,PL)测试表明,在薄膜生长过程中通入氧气,可以有效抑制β-Ga_2O_3中容易出现的氧空位,减弱与氧空位相关的PL发光峰强度。这些实验结果也与DFT的计算结果高度一致。4)采用PLD方法在4H-SiC衬底上制备了β-Ga_2O_3/SiC异质结,对薄膜的生长温度及退火温度进行了简要研究,并对基于β-Ga_2O_3/SiC异质结的日盲光电探测器的光电特性进行了表征分析。制备的光电探测器H800,H900,和H1000均表现出了良好的日盲特性。H1000由于具有均匀致密的β-Ga_2O_3薄膜以及优异的界面质量,器件的暗态漏电流最小,开关比值最大。在254 nm波长光照下,探测器H1000的光/暗电流比,响应度(Responsivity,),外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE),探测率(Detectivity,D*),线性动态范围(Linear Dynamic Range,LDR)分别为384.6,67.83 mA/W,33.1%,82.3×10~(10) Jones,51.7 dB。H1000表现出良好的开关特性,上升/下降时间常数分别为0.18和0.31 s。通过XPS测试结果分析了β-Ga_2O_3/SiC异质结的能带带阶和能带图,并通过能带图对异质结光电探测器的工作机理进行了分析。5)研究了基于β-Ga_2O_3单晶的金属-半导体-金属(Metal-Semiconductor-Metal,MSM)型自供电日盲光电探测器,器件的自供电特性通过一步式淀积的结构不对称的叉指电极来实现。制备的探测器R1,R2,R3,R4,R5均表现出良好的日盲特性,且自供电特性随着电极结构不对称性的提高而增强。对于电极结构对称性最弱的探测器R5,器件在零偏压下表现出良好的开关特性和稳定性,上升/下降时间常数分别为0.03和0.08 s。254 nm波长光照下,R5的光电流为0.16 nA,R_?,EQE,D*,以及LDR分别为1.28 mA/W,0.63%,17.7×10~(10) Jones,23.5 dB。最后我们通过能带图对探测器的自供电特性进行了解释,究其原因可以归结于MSM结构两侧电极下不同数量的表面缺陷所引起的有效肖特基势垒高度间的差异。(本文来源于《西安电子科技大学》期刊2019-06-01）
刘磊[4]（2019）在《氮化镓基和氧化镓基低维纳米结构的制备与表征》一文中研究指出半导体材料的发展主要经历了叁个阶段,与前两代半导体材料相比,第叁代半导体材料具有宽带隙,高击穿电场,高导热率,高电子饱和率和更高的耐辐射性,所以也被称为高温半导体材料和宽禁带半导体材料,作为第叁代半导体材料的代表,氮化镓(GaN)和氧化镓(GaO)基纳米结构被广泛应用于蓝光LED、紫外LED、光电探测器以及HEMT器件等。正因为其优良的性能和广泛的用途,GaN和GaO基的二维薄膜材料和镓铟合金纳米颗粒或者纳米液滴的制备与表征成为了当今研究的热点。由于GaN的单晶材料造价昂贵且很难获得,目前获得氮化镓薄膜的途径主要是采用在氢气气氛下以蓝宝石为衬底采用异质结外延生长,薄膜缺陷密度大,质量较低,而使用氢气作为反应气氛虽然可以提高反应腔内温度,加快反应物在衬底表面的迁移速率,优化氮化镓外延层的质量,但是同时也带来了安全性差和价格昂贵等缺点。因此,如何在更加安全廉价的氮气气氛下生长出高质量的氮化镓薄膜就成为了人们关注的焦点。而更换氮气气氛则带来了一系列技术难点,最大的难点在于如何在氮气气氛下外延生长高质量的GaN成核层,这需要我们从生长时间、反应温度、Ga源流量等方面寻找一套与之匹配的最佳生长参数。本文首先在氮气气氛下,利用金属有机气相外延(MOCVD)方法在(0001)面的蓝宝石衬底上外延生长了(11-20)面氮化镓薄膜,并通过改变反应腔的压强、反应温度、Ga源流量和反应时间等参数研究了不同条件对成核层表面形貌的影响,并据此寻找氮气气氛下外延生长GaN的最佳参数为:反应时间2min以内、反应温度应在750℃以下。接着对氮化镓成核层样品进行再位退火的研究,通过改变退火温度、退火时长以及退火气氛,研究不同参数条件下退火后表面形貌的变化,利用AFM扫描图像分析得到最佳退火条件,以及不同条件下的退火规律。最后利用范得瓦尔斯(vdW)剥离法制备了GaO基共晶镓铟合金纳米液滴,利用AFM对液滴的尺寸和形貌进行了表征,并对液滴形成的机理进行了解释。(本文来源于《山西大学》期刊2019-06-01）
王贺彬[5]（2019）在《氧化镓微米线的生长及自驱动日盲紫外光探测器性能研究》一文中研究指出Ga_2O_3半导体材料共有六种结构。其中单斜相的β-Ga_2O_3由于具有最好的热力学稳定性,并且可以用作单晶衬底,受到人们广泛的关注和研究。β-Ga_2O_3,禁带宽度为4.9 eV,性能稳定,具有耐高温耐高压,不溶于酸和碱等优良的特性。β-Ga_2O_3的通常被应用在气体探测、电子电力器件和紫外光探测等方面。目前为止,已经报道的β-Ga_2O_3材料具有以下多种形貌:块体单晶、一维的纳米线和纳米带、二维的薄膜和纳米线阵列等。其中,高质量的块体单晶和薄膜难以制备,通常需要昂贵的设备来合成(如MBE、MOCVD等),而纳米结构的材料又不易于操作。因此利用β-Ga_2O_3材料制作器件成本很高。因此制备出高质量,易于操作且低成本的β-Ga_2O_3单晶是非常有意义的。本文通过化学气相沉积的方法,制备出了高质量的β-Ga_2O_3单晶微米线,微米线的平均直径约为10μm,长度最长可达1cm,这样的尺寸肉眼很容易的就可以看见并且可以方便的在肉眼下操作而无需借助昂贵的设备。随后本文通过制作不同结构的探测器,研究了氧化镓微米线的紫外探测性能。本论文分别制作了基于氧化镓微米线的肖特基结构和p-n结结构以研究氧化镓微米线的探测能力。结果如下:首先,我们通过化学气相沉积技术在石英玻璃衬底上制备了超长氧化镓微米线,据观察多数的氧化镓微米线的直径多为10μm,长度多在5-8 mm,最长可达1 cm,而据我们所能查到的文献通常β-Ga_2O_3单晶微米线的长度为百微米级别。通过X射线衍射谱确定该方法制备的Ga_2O_3微米线为单斜相(β)氧化镓单晶且结晶质量较高。从SEM图像可以看出氧化镓微米线表面光滑平整为结晶良好的氧化镓微米线,EDX元素分析确定材料包含O元素和Ga元素。通过HR-TEM图像和选区电子衍射确定我们生长的氧化镓微米线为结晶质量较好的单晶。最后通过紫外-可见吸收谱确定氧化镓微米线对250 nm左右的日盲区域的光具有吸收。其次,我们制作了分别与In和Au接触的光导型光电探测器和肖特基结型光电探测器。并对其探测性能进行了测试。测试结果显示,外加偏压时Ga_2O_3微米线的暗电流非常小,在pA级别,并且具有非常好的光电响应特性,其光暗比可以达到3个量级,但响应时间非常慢,而且需要外加偏压维持运行。Au/Ga_2O_3结构的日盲紫外光探测器可以实现自驱动探测,并且在0 V下具有很高的光暗比和响应度,但由于氧化镓微米线的形貌使得氧化镓和物理方法沉积的薄膜之间难以形成较好的接触,器件的重复率不高。最后,利用p型导电聚合物PEDOTs:PSS与Ga_2O_3结合制备了pn结型光电探测得器。PEDOTs:PSS最初为液态,将其滴在微米线表面后烘干,可以形成良好的接触。在器件制备的前后我们均测试了PEDOTs:PSS的光电特性,结果显示PEDOTs:PSS在任何光照射下均没有光响应,这样其在pn结器件中主要充当空穴传输层而光吸收主要发生在Ga_2O_3材料中,使得所制备光电探测器的探测波段仍处于日盲紫外。经测试器件具有非常好的自驱动日盲紫外光探测性能,在0 V下其响应峰位于250 nm,峰值为2.6 A/W。并且在250 nm光照下,其光暗比可以达到10~4。该探测器不但同In-Ga_2O_3-In相比有了较大的提高(可以进行0 V自驱动探测,响应速度大幅度提高),且具备较高的响应度和异质比,并且超过目前在我们所能查到的国际上已发表的期刊中器件的性能。器件具有较高的0 V下响应度(2.6A/W),且在较小偏压下具有较高的探测度2.2×10~(13) Jones。同时器件具有超高的抑制比:紫外-可见抑制比约10~5,日盲-可见盲抑制比10~4。同时器件还具有较高的响应速度:上升时间315μs,下降时间4 ms。总之,我们通过化学气相沉积方法制备出了长度为cm级,宽度为10μm级的超长氧化镓微米线。该微米线为单晶,而且具有制作成本低、可以在肉眼下用镊子操作的优点,降低了Ga_2O_3单晶材料的应用成本。同时,我们制备了不同类型的日盲紫外光探测器,其中利用p型导电聚合物PEDOTs:PSS与微米线所合成得p-n结探测器,具有2.6 A/W的高响应度和10~5紫外可见抑制比,同时具有很快的响应速度(上升时间315μs,下降时间4 ms)。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
彭阳科[6]（2019）在《高质量氧化镓薄膜的生长及氧化镓日盲光电探测器阵列的制备》一文中研究指出日盲紫外光电探测器(PD)能够不受太阳光背景的影响,针对200到280 nm紫外波段的信号进行探测,在军事领域和民用监测方面有越来越多的应用,例如导弹跟踪,火灾探测,臭氧空洞、化学/生物分析等。对于半导体合金,高质量的外延AlGaN膜由于生长需要较高的温度而难以制备,锌矿相的ZnMgO薄膜也难以获得,而且带隙的不匹配导致探测器不能用于检测整个深紫外区域。最近,基于单斜晶系氧化镓(β-Ga2O3)的研究已经被广泛研究,因为它具有～4.9 eV的合适带隙,对应的吸收波长约为253 nm,在紫外区拥有很高的光电响应特性,非常适合用于制备高性能日盲深紫外光电探测器。本文首次设计和制造了16 × 16,8 × 8和4 × 4的高度集成金属-半导体-金属(MSM)结构的光电探测器阵列,为拥有广泛应用前景的高性能探测器阵列的开发和应用做下一些基础性工作。主要的研究成果如下:(1)以直径为两英寸的c面蓝宝石单晶为衬底,利用磁控溅射法制备出沿着(201)晶面择优生长的β-Ga2O3外延薄膜,生长条件为氩气环境1 Pa、衬底温度750℃,溅射功率80 W,制备的薄膜厚度约为200 nm。(2)设计出探测器阵列结构,使光电探测器阵列在薄膜的一侧实现,不需要在衬底的背面上制造微桥结构,也不需要挖掘隔离沟槽来填充绝缘材料。当阵列达到一定比例时,导线的方向很简单,没有导线与元件占空比之间的矛盾。同时保证具有高响应度的检测系统,每个光电探测器单元的响应速度足够快,阵列元件具有均匀性,一个光电探测器单元的短路不会影响周围探测器的性能。(3)利用光刻工艺在氧化镓薄膜上制备阵列探测器,最终的结构由掩膜版上的图形一层一层套刻形成。采用Ti/Au作为金属电极材料,氧化物绝缘层材料选择Al2O3,将制备好的阵列用陶瓷封装器封装,得到β-Ga2O3基日盲紫外光电探测器阵列。性能表征发现光电探测器单元对254nm的紫外光敏感,有很大的光电流,表现出了较好的光谱选择性,并且所有光电探测器单元的暗电流都在一个数量级;探测器灵敏度好,上升下降时间短,并且稳定性良好,具有可重复性;在不同的偏压下,光电流表现出对光强度的良好线性依赖性;在250 nm波长,10 V偏压下,光响应度为8.926 × 10-1 A/W,深紫外(DUV)-可见抑制比为905。所有的光电探测器单元都具有非常一致的光响应性,标准偏差为12.11%。该研究的结果为开发高性能和低成本DUV光电探测器阵列提供了有效途径。(本文来源于《北京邮电大学》期刊2019-05-31）
刘雅璇[7]（2019）在《氧化镓薄膜晶体管的制备及其紫外探测研究》一文中研究指出以碳化硅(Sic)和氮化镓(GaN)为代表的新一代宽禁带半导体材料及其器件在紫外光电探测、功率和抗辐射的微电子器件领域有巨大的优势,是捍卫国家安全及保障国民经济发展的根本。超宽禁带半导体氧化镓(Ga203)与SiC、GaN相比,具有更大的带隙(4.5～～4.9eV)、更高的击穿场强,在深紫外光电探测器、超高压电力电子器件和极端环境等领域有巨大的应用价值。Ga203的禁带宽度对应的光学吸收截止边位于250 nm处,满足深紫外“日盲”光电器件的需求,因此可制备理想的深紫外探测器及芯片系统,在全天候防强干扰导弹预警、舰载通讯、火灾检测等领域有巨大的应用前景。目前Ga203日盲探测技术在国际上还处于前沿科学研究阶段,尚未有成熟的产品应用于市场,突破关键技术将为我国在该领域抢占先机,加速推进超宽禁带半导体相关应用发展和产业的形成。本论文主要研究了基于机械剥离Ga203单晶薄膜的薄膜晶体管(Thin Film Transistors,简称TFTs)的制备、其阈值电压的调控及其作为日盲探测器的应用与性能分析。主要内容如下:1.机械剥离β-Ga203单晶制备底栅顶接触Ga203 TFTsβ-Ga203单晶是具有(100)、(001)两个解理面的层状材料,可以采用类似二维材料的机械剥离方法得到高质量的二维单晶薄膜。本论文使用的β-Ga203体相单晶是由山东大学晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授团队用导模法生长的高质量Cr掺杂n型β-Ga203单晶,具有4.72 eV的禁带宽度,载流子浓度约为1018cm-3。机械剥离的纳米级厚度(90～300nm)的Ga203薄膜转移至SiO2/Si晶圆衬底,经干法刻蚀处理源漏电极下的Ga203表面优化欧姆接触,电子束蒸发生长Ti/Au源漏电极,完成底栅顶接触TFTs的制备。2.Ga2O3TFTs阈值电压的调控相对于耗尽型TFTs,增强型TFTs在高速、低功耗电路中的应用价值高,而且在工作时栅压的极性与漏极电压的相同,易于电路设计。因此设计具有小的、正向阂值电压的器件一直是Ga203TFTs的目标之一。本论文通过研究表明Ga203有源层厚度、双栅极调控以及表面SnOx薄膜覆盖可有效调控Ga203 TFTs的阈值电压,具体如下:(1)本论文制备了具有不同有源层厚度(90～300nm)的Ga2O3TFTs,器件性能研究表明:随着Ga2O3薄膜厚度降低,因有源层载流子总数目减少,可使TFT阈值电压明显向正向移动,由-36.5 V(300 nm Ga2O3)变为0.4 V(90 nm Ga2O3),实现了由耗尽型向增强型的转变。(2)本论文基于140nm的Ga2O3薄膜制备了底栅、顶栅和双栅叁种结构的TFT,研究表明双栅器件的阈值电压(-2.71 V)较单底栅(-3.14V)或顶栅(-3.34 V)器件向正向移动,且双栅TFT的性能(开关比为1.54 × 105,迁移率为7.56 cm2/Vs)最优。这是因为双栅型TFT通过顶栅和底栅同时控制有源层上下沟道界面载流子,增强了器件栅控能力,因而可以使耗尽型Ga2O3 TFTs阈值电压正向偏移;此外,顶栅氧化铝(Al2O3)介质层在一定程度上对器件进行了封装,减少环境对器件性能的影响,从而提升了其性能。以上研究结果表明该方法调控阈值电压的有效性,通过进一步提高双栅调控能力,如增大底栅介质、顶栅介质电容,提升底栅顶栅沟道界面质量等,有望更有效地调控器件阈值电压。(3)基于p-n结可实现结处载流子耗尽的原理,本论文采用在底栅Ga2O3(185 nm)TFT的沟道背表面覆盖SnOx薄膜的方法,实现了Ga2O3 TFT阈值电压大幅度正向移动的调控,从-29.14 V(未覆盖)变为-1.16 V(SnOx覆盖且退火)。SnOx覆盖层中的p型SnO和n型Ga2O3有源层在沟道背表面及内部发生空穴-电子扩散补偿,有效消耗了n型Ga2O3中的电子,使TFT在绝对值较小的栅压下就可关断;同时由于对有源层表面的钝化以及沟道载流子数目的减少,显着降低了有源层中的电子散射,大幅提升了器件的迁移率(由15.94到59.78cm2/Vs)、降低了器件的关态电流(由10-3到10-6 mA/mm)以及亚阈值摆幅(由0.82到0.35 V/dec)。该研究为Ga2O3 TFT由耗尽型向增强型的转变以及器件性能提升提供了一种新方法。3.Ga2O3 TFT日盲探测器的制备与性能研究TFT型日盲探测器通过栅极偏压调控探测器的电流,可以获得很低的关态暗电流,有利于实现高的光电流与暗电流比值。基于Ga2O3 TFT结构的日盲探测器,在TFT关断状态下表现出良好的紫外光响应。光电流和暗电流之比Iphoto/Idark高达8×105,光响应度为4.79×105A/W,外量子效率为2.34×106,光响应时间<25 ms,综合性能达到了目前Ga2O3同类紫外探测器件的国际先进水平,该研究也证实了 Ga203 TFT日盲探测器在光电探测应用领域的巨大潜力。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-31）
杜路路[8]（2019）在《基于铟镓锌氧和氧化镓肖特基结电子器件的制备及性能研究》一文中研究指出氧化物半导体是很有前途的薄膜电子材料,近十几年来,基于氧化物半导体的电子器件成为研究热点。本论文研究了基于铟镓锌氧[InGaZnO(IGZO)]和氧化镓(Ga_20_3)两种氧化物半导体的电子器件。IGZO具有宽带隙(3.4 eV)、高载流子迁移率、对可见光透明、可大面积均匀成膜、以及可低温甚至室温成膜(因而可在柔性衬底上制备)等特点,因此对柔性、透明、和可穿戴电子特别有利。基于IGZO的薄膜晶体管在平板显示器上已经得到了商业化应用。尽管对氧化物晶体管进行了大量研究,但对基于IGZO的肖特基二极管(SBDs)的研究仍然非常有限。Ga_20_3具有超宽带隙(～4.8 eV)、高击穿场强(8 MV/cm)和高的巴利加优值(3444,电路损耗的关键指标),其击穿场强、巴利加优值分别是目前主流宽禁带半导体氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)的2-3倍、～10倍,因此是制备新一代超高功率器件的理想材料。β-Ga_20_3具有层状结构,因此可以通过机械剥离方法制备高质量单晶薄膜/晶片。在过去的几年里,随着Ga_20_3单晶生长技术的突破,基于剥离Ga_20_3单晶薄膜及高质量同质外延Ga_20_3的电力电子器件开始发展。目前,关于Ga_20_3电力电子器件的研究还处于初始阶段,器件类型以肖特基二极管与场效应晶体管为主。其中,高质量Ga_20_3肖特基界面是实现大功率Ga2203 SBDs的关键。对Ga_20_3肖特基界面的电学性质和物理机理的详细研究是非常迫切的。本论文利用电容-电压(C-V)、电流密度-电压(J-V)、频率和电压依赖的电容和电导(C-V-f、G-V-f)、肖特基电容光谱、低频噪音(LFN)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、和X射线光电子能谱(XPS)等多种方法,系统研究了肖特基界面的电学特性和物理特性,并分析了其中包含的物理机制。实现了基于IGZO和Ga_20_3的高性能SBDs的研制,并进一步研制了基于IGZO的低电压、低功耗肖特基势垒薄膜晶体管(SB-TFTs)和肖特基势垒双电层薄膜晶体管(SB-EDLTs)。本文的重点实验内容如下:1.高性能刚性及柔性IGZO SBDs的研制(1)高性能刚性IGZO SBDs的研究溅射IGZO过程中氧分压的影响氧化物半导体容易产生氧缺陷,对金属/氧化物半导体肖特基界面产生严重影响,如引起费米能级钉扎从而导致势垒高度很低等。本论文研究了溅射IGZO过程中氧分压(PO)对SBDs性能的影响。当PO= 0%时,SBDs的整流特性很差,开关比(I_(on/off))～10。随着PO从2.5%增加到20%,势垒高度(Φ_(BJV))从0.79增加到0.92 eV,I_(on/off)由5.4 × 106减小为6.0 ×103,理想因子(n)由1.11退化为1.68。说明通入适量的氧气有助于形成高的Φ_(BJV),以及大的I_(on/off),但是Po过高会导致n和I_(on/off)退化。氧化处理阳极金属效应由于多数金属对氧具有一定的化学亲和力,导致金属/氧化物半导体界面处半导体亚表面的氧缺陷增多,从而造成器件性能退化。为了避免这个问题,本论文对Pd肖特基金属电极表面进行了氧化预处理。论文系统研究了不同氧化工艺(氧等离子体处理与紫外-臭氧处理)对Pd/IGZO肖特基界面质量的影响。XPS结果显示,两种氧化处理工艺均可使Pd部分被氧化成PdO,氧等离子体处理可使氧化更充分,因而使得肖特基界面具有更高的氧化学计量比和更高的阳极功函数,器件性能更高。衬底和阳极金属的退火效应在以上两种工艺优化(高效氧等离子体处理Pd表面、IGZO溅射采用适当PO=2.5%)的基础上,进一步研究了 SiO_2/Si衬底和Pd 阳极金属的退火效应对IGZO SBDs性能的影响,研究表明衬底预退火(300℃,30 min)后再沉积Pd(沉积47 nm Pd后不再退火)的电极表面粗糙度最小(0.69 nm),器件性能最优,Φ_(BJV) 为0.88 eV,I_(on/off)高达7.21 × 10~7,n低至 1.09。据我们所知,这在IGZO没有退火的SBDs中达到了最高水平。而沉积Pd后再进行退火(230℃ 60 min)会增加电极表面粗糙度(达0.73 nm),导致器件性能下降,Φ_(BJV)降至0.86 eV,I_(on/off)降至3.48 ×10~7,n增至1.13。C-V测量结果表明,Pd电极表面粗糙度与肖特基界面处的陷阱态密度相关。(2)高性能柔性IGZO SBDs在上述刚性IGZO SBDs研究的基础上,本论文基于优化的IGZO溅射工艺(PO=2.5%)及高效氧等离子体处理Pd表面的工艺,在柔性聚对苯二甲酸乙二酷(PET)和聚酰亚胺(P1)衬底上制备了 IGZO SBDs,其Φ_(BJV)分别为0.79和0.76 eV,I_(on/off)分别为7.3 × 106和2.6 × 104,n分别为1.22和1.19。值得注意的是,这些柔性SBDs在大气中存储两年后性能不仅未退化反而有一定的改善,反向电流拟合表明这些柔性SBDs在大气中存储两年后肖特基势垒不均匀性得到改善,其原因可能为长期大气暴露造成的肖特基界面处IGZO亚表面氧空位的缓慢填充。存储两年后,PET衬底上的柔性SBDs性能达到世界领先水平,Φ_(BJV)为0.80 eV,I_(on/off)为2.0 x10~7,为1.09,击穿电压为7.5V。此外,这些柔性SBDs在弯曲测试时表现出坚固的性能,表明其在拉伸和压缩应力下可以很好的工作。2.高性能Ga_20_3 SBDs的研究Ga_20_3 SBDs被认为在功率器件领域具有巨大的应用价值。对于SBDs功率器件而言,肖特基界面质量,包括理想因子、势垒高度、界面陷阱态密度等是影响其性能的关键因素。本论文通过对新型肖特基电极材料的研究,实现了高质量SnOx/Ga_2O_3肖特基接触,为Ga_2O_3肖特基工艺提供了一种新方法,也为后续Ga_2O_3高功率SBDs的研究打下了基础。(1)Ga_2O_3的机械剥离及性质研究β-Ga_2O_3晶体沿[100]方向具有12.23 A的大晶格常数,即具备解理面,因而可以通过机械剥离方法获得准二维Ga_2O_3单晶薄膜/晶片。本论文基于山东大学晶体材料国家重点实验室生长的高质量体块Si掺杂及Cr掺杂β-Ga_2O_3单晶,通过机械剥离制备了高质量Ga_2O_3晶片。霍尔效应测试显示,Si掺杂和Cr掺杂Ga_20_3晶片的载流子浓度均为1.0 × 1018 cm-3,霍尔迁移率分别为68和90 cm~2/Vs。原子力显微镜结果表明机械剥离得到的两种Ga_2O_3晶片具有0.3-0.37 nm的均方根表面粗糙度,是原子级平整的,适合制备电子器件。此外,本论文系统研究了该Ga_2O_3晶片的紫外-可见光透射光谱、显微拉曼光谱、以及X射线衍射图谱,结果表明其具有4.6-4.8 eV的宽带隙以及高的单晶质量。(2)Pd/Ga_2O_3 SBDs 的制备基于上述机械剥离的Ga_2O_3晶片,首先制备了底肖特基接触(先做Pd肖特基电极,后做Ti/Au欧姆电极)的Pd/Ga_2O_3 SBDs,电学性能表征表明器件整体性能不高,Φ_(BJV)较低为0.86 eV,I_(on/off)～106,n为1.22,串联电阻(Rs)较高为0.7 Ωcm~2。基于肖特基电容光谱和LFN方法表征了 Pd/Ga_2O_3肖特基界面的陷阱态密度较高,>1013 eV-1m2。其次,为了减小IGZO肖特基电极形成后后续工艺对肖特基接触的影响,本论文还制备了顶肖特基接触Pd/Ga_2O_3 SBDs(先做Ti/Au欧姆电极、后做Pd肖特基电极),并且在形成肖特基接触之前先对欧姆接触进行了快速热退火提高了欧姆接触质量。结果表明顶肖特基接触Pd/Ga_2O_3 SBDs器件性能显着提高,其n、Φ_(BJV)、RS和I_(on/off)分别为1.18、1.34 eV、30.6 mΩcm~2、和>1010。(3)SnOx/Ga_20_3 SBDs的制备与惰性高功函数金属Au、Pd、和Pt等相比,Sn具有显着低的成本并且容易被氧化。氧化金属作为肖特基电极可以使肖特基界面富氧,减小氧缺乏以及相关的缺陷态,从而改善肖特基接触质量。本论文首次用SnOx作为肖特基电极制备了高性能Ga_20_3 SBDs。通过调控溅射过程中的PO实现了对SnOx薄膜的化学组分及电学特性的调控。使用拉曼光谱、XPS和紫外-可见透射光谱对SnOx薄膜进行了系统研究,结果表明:PO=0-3.1%的薄膜主要由p型SnO和金属Sn组成,薄膜具有高导电性;PO= 4.6-5.4%的薄膜由p型SnO和n型SnO2组成,具有高电阻;PO;10.0-13.1%的薄膜主要以低电阻率的n型SnO2为主。随着PO从0增加到3.1%,SnOx/Ga_2O_3 SBDs的性能得到显着改善,主要是由于SnO主导的薄膜有效地降低了Ga_2O_3界面处的氧缺乏和相关的界面态密度。PO=5.4%时,高电阻SnOx导致SBDs性能降低,一方面高电阻层整体降低器件电流,另一方面具有氧空位缺陷的n型SnO2组分可能加剧了肖特基界面处的氧缺乏。将SnOx的化学成分调控为以导电SnO为主,即P0=3.1%,SnOx/Ga_2O_3 SBDs的性能最优。基于该优化的SnOx肖特基电极,Si掺杂Ga_2O_3 SBDs的Φ_(BJV),为1.12 eV,n为1.22,I_(on/off)>1010,而Cr掺杂Ga_2O_3的SBDs表现出更高的性能,,n仅为1.02,Φ_(BJV)高达1.17 eV,I_(on/off)为>1010。频率和电压依赖的电容和电导分析显示基于Cr掺杂Ga_2O_3的SBDs的界面态密度较低,仅为2.46 × 1012 eV-1cm-2。3.IGZO SB-TFTs 的研究SB-TFTs可以实现低电压和低功耗,在移动便携式电子领域具有巨大的应用价值。本论文研究了基于IGZO的SB-TFTs。通过退火调节Pd源/漏金属与IGZO沟道之间形成的势垒高度,进而调节IGZO SB-TFTs的性能。100℃退火后,Pd与IGZO之间形成0.54 eV的Φ_(BJV),SB-TFTs表现出最佳性能,实现了低电压和低功耗,其关态电流～10-13A,I_(on/off)～10~7,亚阈值摆幅(SS)为0.93 V/dec,阈值电压(VTH)为0.25V,饱和漏极电压<1.5V。在持续加3000 s、+10/-10V的应力下,正向栅压应力(PBS)使VTH移动了 1.19 V,负向栅压应力(NBS)下VTH几乎不移动。负向栅压光照应力测试表明,除了蓝色(450 nm)光照下VTH移动比较大(-4.87 V)以外,红色(650nm)和绿色(532nm)光照下,器件表现出良好的稳定性。4.IGZO SB-EDLTs的研究EDLTs是另一种实现低电压的有效方法。首先,在刚性衬底上制备了IGZO EDLTs,研究了器件的栅压应力稳定性。在持续施加32 min、+1/-1 V的应力下,PBS下器件表现出高稳定性,NBS下VTH偏移了 0.57 V。其次,本论文开发了一种简单,低成本的“划线,切片和倒装贴片”工艺制备了柔性IGZO EDLTs。该器件在-1～+1 V的极低栅偏压下表现出高性能,具有大I_(on/off)为1.4 × 10~7,SS低至76 mV/dec(接近理论最小值59 mV/dec)。在此基础上,利用Pd作为源/漏接触电极,初步制备了 SB-EDLTs。通过对IGZO层进行退火,调节源/漏与沟道重迭区域的势垒高度,与IGZO未退火器件相比,关态电流从1 × 10~(-7) A降低到5 ×10~(-9) A,SS由170降至80 mV/dec。结果表明,该类肖特基源/漏极器件相比传统欧姆接触器件(如退火前的SB-EDLTs)具有更好的器件性能。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-28）
叶飞鸿,马俊杰,王海兵,梁记伟,桂鹏彬[9]（2019）在《非富勒烯梯度异质结与氧化镓协同作用构建高效稳定倒置钙钛矿太阳能电池》一文中研究指出倒置平面结构钙钛矿太阳能电池由于其制备工艺简单,可重复性高,回滞小受到了很大的关注。然而,钝化钙钛矿活性层中的缺陷态、抑制水气和金属离子向活性层迁移仍然有不小的挑战。为了解决这个问题,我们通过反溶剂法将非富勒烯小分子IDIC掺入钙钛矿中形成梯度异质结,降低了钙钛矿层的缺陷态密度。此外,在金属电极和电子传输层间插入一层宽带隙Ga_2O_3遂穿层,有效阻挡了水气和金属离子向钙钛矿层迁移。得益于IDIC和Ga_2O_3的协同作用,我们在基于MAPbI_3的倒置平面结构钙钛矿太阳能电池上获得了19.86%的效率,且未封装的器件暴露在40%湿度的条件中20天后仍能保持初始效率的86%。(本文来源于《第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会论文集》期刊2019-05-25）
龚凯,周海,黄传锦,韦嘉辉,王晨宇[10]（2019）在《新型研磨垫对单晶氧化镓研磨的实验研究》一文中研究指出为抑制氧化镓晶片在研磨过程中的解理现象,通过NAKAMURA的方法,重新设计、研制一种黏弹性固着磨料新型研磨垫对氧化镓晶片进行研磨实验研究,对比分析其与传统铸铁研磨盘对单晶氧化镓研磨的材料去除率和表面质量的影响规律,结果表明:在同一研磨参数下,采用铸铁盘研磨时,晶片材料去除率较高,为358 nm/min,研磨后晶片表面粗糙度Ra由初始的269 nm降低到117 nm,降幅仅为56. 5%;而采用新型研磨垫研磨时,其材料去除率虽较低,为263nm/min,但研磨后晶片表面粗糙度Ra却降低至58 nm,降幅达到78. 4%,晶片表面质量得到明显提高,为后续氧化镓晶片的抛光奠定了良好的基础,因而新型研磨垫更适合对氧化镓进行研磨。同时,也为氧化镓晶片研磨提供了参考依据。(本文来源于《现代制造工程》期刊2019年05期）
氧化镓论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
单晶氧化镓(β-Ga_2O_3)作为新一代宽禁带半导体材料,具有良好的物化性能,可以广泛应用于半导体照明领域,尤其是在GaN基LED衬底材料方面的应用很有前景。衬底基片对晶片材料超精密加工后的表面粗糙度有着纳米级/亚纳米级的精度要求,但是目前国内外对单晶氧化镓纳米力学性能及其超精密加工技术报道仍较少。本文深入研究了氧化镓纳米力学性能和固结磨料研磨工艺,对氧化镓材料的实际应用有着积极的指导意义。主要研究内容和结论有:通过纳米压痕和纳米划痕的试验方法,对β-Ga_2O_3(100)和(010)两个晶面的硬度、弹性模量等纳米机械性能以及弹性变形、塑性变形等力学行为进行了研究。通过对纳米压痕试验结果的分析,发现两面的载荷-位移曲线中均出现了pop-in现象,且(100)和(010)面首次出现pop-in时的压入载荷分别为:4.31mN和5.42mN,经验证纳米压痕过程中首次出现pop-in是晶体材料从弹性变形向塑性变形转变的临界点,计算得出临界点处两面对应的内部剪切应力值分别为60.02GPa和60.84GPa,相应的正应力值分别为14.39GPa和14.17GPa。分析得出(100)面的硬度是10.7GPa,比(010)的硬度12.3GPa要低,随着最大压入载荷的增加,两个晶面的硬度都在显着减少并趋于稳定,表现出明显的“尺寸效应”。(100)面和(010)面的弹性模量分别为209.6GPa和197.7GPa。纳米划痕试验结果表明,氧化镓(100)面和(010)面的塑性域加工切削深度范围分别是96nm~576nm和84nm~421nm。通过固结磨料研磨实验,探索了磨料粒径和研磨压力对氧化镓晶片研磨的材料去除率和表面粗糙度的影响,并分析了氧化镓(100)面和(010)面不同的材料去除特性。实验结果表明氧化镓材料去除率分别随着压力和粒径的增加而增大,但当磨料粒径大于W28时,粒径对材料去除率的变化影响已经不明显。磨料粒径越大,研磨后的表面粗糙度越高,研磨压力增大对表面粗糙度影响不大。氧化镓(100)面为易解理面,在本实验条件下材料去除方式以解理剥离为主,(010)面以脆性断裂为主,(100)面材料相较于(010)面更容易去除,但加工后表面质量不如(010)面。通过优化实验可知,采用3%的5μm粒径的碳化硅微粉研磨液,粒径为W28金刚石磨粒、研磨压力110g/cm~2的金刚石固结磨料研磨工艺,加工氧化镓(100)面和(010)面的去除率分别达到17.75μm/min和17.28μm/min,加工后表面粗糙度分别为214.12nm和119.88nm,在粗磨阶段可以高效地去除氧化镓材料。图[44]表[6]参[66]
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
氧化镓论文参考文献
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