【摘要】：紫外(UV)光電探測(cè)技術(shù)在民用和軍事等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,比如生物/化學(xué)分析、火焰?zhèn)鞲�、保密通信、�?dǎo)彈跟蹤和環(huán)境監(jiān)測(cè)等。由于大氣中臭氧層和水蒸氣顆粒物對(duì)深紫外光具有極強(qiáng)的吸收和散射作用,使得波長(zhǎng)短于280nm的太陽(yáng)輻射無(wú)法穿透大氣層,在地球表面的輻射幾乎為零,因此這一波段的光被稱(chēng)為日盲光。由于日盲光的自然背景低,在此光譜范圍內(nèi)工作的光電探測(cè)器具有背景噪聲低和虛警率低等優(yōu)點(diǎn)。然而,目前商用的日盲光電探測(cè)器通常是體積龐大并且易碎的光電倍增管,需要外加大的偏置電壓,這就限制了它在很多方面的使用。寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體有許多優(yōu)點(diǎn),如高輻射強(qiáng)度和本征日盲光譜選擇性等,這為開(kāi)發(fā)高性能寬禁帶半導(dǎo)體基日盲光電探測(cè)器提供了可能,寬禁帶日盲光電探測(cè)器被認(rèn)為是光電倍增管的潛在替代品。近年來(lái),已經(jīng)有各種各樣的寬禁帶半導(dǎo)體被用于研究設(shè)計(jì)日盲光電探測(cè)器,其中包括Al_xGa_(1-x)-x N,Zn_xMg_(1-x)-x O,氧化鎵(Ga_2O_3)和金剛石等。其中Ga_2O_3的禁帶寬度通常在4.4~5.1 eV之間,對(duì)應(yīng)的吸收截止波長(zhǎng)約為250~280 nm,可以用于制備具有本征日盲選擇性的紫外探測(cè)器。然而目前制備的氧化鎵探測(cè)器還存在響應(yīng)度低、響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn),制約了氧化鎵在光電探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文針對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)研究,以制備高性能氧化鎵日盲紫外探測(cè)器為研究目標(biāo),取得的主要研究結(jié)果歸納如下:(1)提出利用金剛石/Ga_2O_3異質(zhì)結(jié)構(gòu)建自驅(qū)動(dòng)日盲紫外探測(cè)器:使用微波等離子體化學(xué)氣相沉積合成的高質(zhì)量金剛石單晶片上利用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積Ga_2O_3薄膜,構(gòu)建了金剛石/Ga_2O_3異質(zhì)結(jié)器件。器件具有明顯的整流特性,并可以在無(wú)需任何外部電源供電情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的探測(cè)。在零偏壓下,光譜響應(yīng)峰值位于244 nm,響應(yīng)度約為0.2 mA W~(-1);紫外/可見(jiàn)抑制比超過(guò)兩個(gè)數(shù)量級(jí);截止波長(zhǎng)為270 nm,表明光電探測(cè)器具有良好的日盲光譜選擇性。作為自驅(qū)動(dòng)器件,在零偏壓下表現(xiàn)出良好的可重復(fù)性和周期穩(wěn)定性。利用此器件作為成像系統(tǒng)的感光元件,在無(wú)外加偏壓下獲得了高質(zhì)量的日盲成像。(2)構(gòu)建Ga_2O_3陣列探測(cè)器件,實(shí)現(xiàn)日盲光二維陣列成像。利用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù),制備大面積均勻的Ga_2O_3薄膜,并利用紫外光刻技術(shù)制作4×4光電探測(cè)器陣列。其中,每個(gè)探測(cè)器單元為一個(gè)MSM結(jié)構(gòu)的Ga_2O_3探測(cè)器。在10 V電壓下,單個(gè)光電探測(cè)器的暗電流低于4.0×10~(-10)A,響應(yīng)峰位于256 nm,峰值響應(yīng)度約為1.2 A W~(-1)。器件紫外/可見(jiàn)光抑制比超過(guò)4個(gè)數(shù)量級(jí),截止波長(zhǎng)位于265 nm,表明此光電探測(cè)器對(duì)日盲光具有高的光譜選擇性。此外,陣列器件的16個(gè)光電探測(cè)器單元的光電性能具有較好的一致性和穩(wěn)定性。利用此光電探測(cè)器陣列作為感光元件搭建了日盲光成像系統(tǒng),獲得了清晰的二維圖像。
【圖文】：

第 1 章 緒論3最為穩(wěn)定，而其他晶相均為亞穩(wěn)態(tài)，并且可以在溫為β相。β-Ga2O3的晶體結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)如圖 1-1 所=0.3 nm，c=0.58 nm[11]。每個(gè)晶胞中包括兩個(gè)具有晶其中一個(gè)是具有四面體幾何 Ga（I），和另外一個(gè)原子以扭曲立方陣列排列，氧原子具有三個(gè)結(jié)晶學(xué)（I），O（II）和 O（III），其中兩個(gè)氧原子為三角配位[12-15]。正是因?yàn)?Ga 和 O 原子的不同位置，導(dǎo)致理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性的。例如在（-201），（處的不同導(dǎo)熱性。

使得氧化鎵為本征 n 型半導(dǎo)體，所以 Ga2O3的電阻受周?chē)鷼夥盏挠癮2O3可作為氣體探測(cè)材料[19-21]。 熒光基質(zhì)材料：Ga2O3可以通過(guò)摻雜 Be、Ge、Sn、S 和 Li 等元素得到綠光峰，也可以通過(guò)摻雜 N 元素獲得紅光發(fā)光峰，因此 Ga2O3可作為熒光料[22-24]。) 介電層和透明導(dǎo)電薄膜：由于本征Ga2O3為高電阻材料，，因此可以把G件的絕緣介質(zhì)層，并且 Ga2O3通過(guò)摻雜可以制備導(dǎo)電性良好的透明導(dǎo)電) 深紫外光電器件：由于 Ga2O3為寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，所以在光和深紫外探測(cè)等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用潛質(zhì)[26-28]。) 高功率電力電子器件：隨著高鐵、電動(dòng)汽車(chē)以及高壓電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的，世界急切需要具有更高轉(zhuǎn)換效率的高壓大功率電子電力器件，Ga2O件與 GaN 和 SiC 相比，導(dǎo)通電阻更低、功耗更小、更耐高溫、能夠極了高壓器件工作時(shí)的電能損失，因此 Ga2O3可以作為更高效更節(jié)能的電料[29]。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN23

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