硅基扩镓溅射Ga2O3反应自组装GaN薄膜

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氨化Si基Ga2O3／Ti制备GaN纳米线

的衍射峰强度最高，它方向上的强度相对来说很弱，其说明在（０）向出现了择优生长。０２方
料。如果在硅衬底上以Ｔｉ缓冲层外延Ｇａ的技术为Ｎ
（．１山东师范大学半导体研究所，山东济南２０１；．５０４２济南大学信息科学与工程学院，山东济南２０２）５０２
摘要：采用磁控溅射技术先在硅衬底上制备
ＧａＯ。。烧结靶，基距为８ｍｍ，靶０系统的背景真空度为
在５～１０ｍ之间。Ｏ５ｎ
ＧａＯ。Ｔ薄膜样品放人管式炉的恒温区于高纯的流。／ｉ动氨气中进行氨化反应。氨化温度和氨化时间分别为
９０℃和ｌｍｉ５５ｎ。
用ｘ射线衍射仪（Ｄ，ｇｋ／ｘｒ，ＸＲＲｉａｕＤｍａ —Ｂ
关键词：磁控溅射；氨化；ａ薄膜；ＧＮＴｉ
中图分类号：ＴＮ３４２０．３文献标识码：Ａ文章编号：０１９３（０７０ — ２９０１０ —７ｌ２０）２０５ —２
ＣＫａ、分辨透射电子显微镜（ＴＭ，ｈｌｕ）高ＨＲＥＰｉ — ｉＴＥＮＡ１０和傅立叶转换红外光谱仪（ＴＩＴｅ — ｐＣ２）ＦＲ，ｎｓｔ７分别对样品的结构和组分进行了分析；品的ｏ）２样
ｃ．１８ｍ）１０、０２和（０）射面的密勒指＝０５７ｎ（０）（０）１１衍

基体温度对中频磁控溅射制备的氧化锌镓薄膜性能的影响

基体温度对中频磁控溅射制备的氧化锌镓薄膜性能的影响赵方红;庄大明;张弓;姬杨玲
【期刊名称】《真空科学与技术学报》
【年(卷),期】2006(26)5
【摘要】利用中频磁控溅射方法,溅射Ga2O3含量为5.7 wt.%的氧化锌镓陶瓷靶材,在不同的基体温度下制备了ZGO薄膜。

研究了基体温度对ZGO薄膜的晶体结构、电学和光学性能的影响。

结果表明:基体温度对薄膜的晶体结构、近红外反射率和透射率曲线以及薄膜的导电性能有较大影响。

当基体温度为400℃,溅射功率密度为2.93 W/cm2,氩气压力为0.5 Pa时,薄膜的电阻率低达4.5×10-4Ω.cm,方块电阻为13Ω,平均可见光(λ=400 nm^800 nm)透射率高于90%。

【总页数】4页(P404-407)
【关键词】基体温度;ZGO薄膜;磁控溅射;电阻率;透射率
【作者】赵方红;庄大明;张弓;姬杨玲
【作者单位】清华大学机械工程系
【正文语种】中文
【中图分类】O484
【相关文献】
1.磁控溅射制备镁镓共掺氧化锌透明半导体薄膜及其性能研究 [J], 康淮;陆轴;钟志有;龙浩
2.基体温度和氩气压强对射频磁控溅射制备GZO薄膜性能的影响 [J], 何翔;熊黎
3.衬底温度对磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜的结构和光电性能的影响 [J], 范丽琴
4.功率密度对中频磁控溅射制备的氧化锌镓薄膜性能的影响 [J], 赵方红;庄大明;张弓;查杉
5.衬底温度对磁控溅射法制备掺Ta氧化锌薄膜性能的影响 [J], 杨天琦;李翠平;曹菲菲
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《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》范文

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》篇一Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化一、引言近年来，在光电子器件和光电转换器的研究领域中，透明导电氧化物（TCO）薄膜及其性能的优化已经成为研究热点。

而氧化镓（Ga2O3）作为一种具有高透光性、高化学稳定性的材料，其与金属材料结合形成的叠层UV-TCO薄膜更是引起了广泛关注。

本文将针对Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化进行详细探讨。

二、Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的结构与性质Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜由三层结构组成，包括上下两层的Ga2O3层和中间的金属层。

这种结构不仅提高了薄膜的导电性能，还增强了其抗紫外性能和透光性能。

其中，Ga2O3层具有高透光性和高化学稳定性，而金属层的引入则有效地提高了薄膜的导电性。

三、光电性能优化的方法针对Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化，本文提出以下方法：1. 金属层的优化：通过调整金属层的厚度、材料以及掺杂等方式，改善其导电性能，同时保持其与Ga2O3层的良好结合。

2. 叠层结构的优化：通过调整叠层结构中的层数、各层厚度以及层间界面等参数，提高薄膜的光透射率和导电性能。

3. 制备工艺的优化：采用先进的制备工艺，如磁控溅射、脉冲激光沉积等，提高薄膜的均匀性、致密性和附着力。

四、实验结果与分析通过实验，我们发现在金属层采用银（Ag）材料、厚度为XX nm时，Ga2O3/Ag/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能达到最佳状态。

同时，通过对叠层结构的优化和制备工艺的改进，薄膜的透光率和导电性能均得到显著提高。

此外，我们还发现，在紫外光照射下，该薄膜的抗紫外性能也得到了显著提升。

五、结论本文通过对Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能进行优化，实现了薄膜透光性、导电性和抗紫外性能的显著提升。

Ga2O3氮化法合成GaN薄膜的研究

１实验
１１样品制备．
称量高纯氮化镓（９９）９．药品１０ｇ将药品置于瓷舟内称取总质量，．，用铁丝把瓷舟放在热电偶正下
方（高温处）在离瓷舟４ｏｃ处放置一片硅＜１１面的基片。通入ＮＨ。流量为２￣３／）Ｆ最，～１ｍｌ＞（６０Ｌｈ：始￣加热，升温至９ｏ１５￣保温Ｉ２ｈ后停止加热，续通入ＮＨ。流量不变，温至５０５￣１ｏＣ，－继，降０＂ｃＮ￣ｆＮ气，ｌ：自然冷却后取出样品。
量为２～３／６ＯＬｈ时可在Ｓ基片＜儿１面上沉积生成Ｇａ薄膜。ｉ＞Ｎ关键词：ａ薄膜；Ｇ２；气；管式炉ＧＮａＯ３氨
中图分类号：Ｂ９Ｔ３文献标识码：Ａ
０引言
Ｇａ是 Ⅲ一ＮＶ族氮化物半导体中最引人注目的材料，Ｎ具有宽的直接带隙（温禁带宽度为３３Ｇａ常．９ｅ、的原子键、的热导性等性质和强的热辐射、腐蚀能力，短波长电子材料以及高温半导体的换Ｖ）强高抗是代材料，短波长光电器件领域中如蓝紫光ＬＤ、Ｄ及探测器方面备受重视。Ｇａ的另一个特点是具有在ＥＬＮ
维普资讯
第２期
殷立雄等：ｚ。Ｇａ０氰化法合成ＧａＮ薄膜的研究
・５・１
Ｇ＋ＮＨ３ａ
ＧＮ
：
Ｇ
Ｎ号Ｈ＋十丢
＝
Ｇａ

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》范文

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》篇一Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化一、引言近年来，透明导电氧化物（TCO）薄膜因其在光电领域的应用日益受到关注。

Ga2O3作为一种重要的n型半导体材料，具有高透光性、良好的导电性及高化学稳定性等特性，成为制备TCO 薄膜的重要材料之一。

本文以Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO 薄膜为研究对象，探讨了其光电性能的优化方法及效果。

二、材料与方法1. 材料准备本实验选用高纯度的Ga2O3粉末、不同种类的金属薄膜材料等。

将Ga2O3粉末进行高温烧结，制备出一定厚度的Ga2O3薄膜。

金属薄膜则选用导电性能良好的材料，如银、金等。

2. 制备工艺采用磁控溅射法，在玻璃基底上制备出Ga2O3/金属/Ga2O3叠层结构。

首先，在玻璃基底上制备一层Ga2O3薄膜，然后在其上溅射金属薄膜，最后再制备一层Ga2O3薄膜，形成叠层结构。

3. 光电性能测试对制备出的薄膜进行光电性能测试，包括透光性、导电性、光吸收等指标。

通过改变金属薄膜的种类、厚度及叠层结构等参数，分析其对光电性能的影响。

三、结果与讨论1. 透光性分析实验结果表明，Ga2O3/金属/Ga2O3叠层结构在紫外-可见光区域具有较高的透光性。

随着金属薄膜厚度的增加，透光性有所降低，但当金属薄膜厚度适中时，可获得较好的透光性能。

此外，不同种类的金属薄膜对透光性的影响也不同。

2. 导电性能分析金属薄膜的导电性能对叠层结构整体导电性能具有重要影响。

实验发现，采用导电性能良好的金属材料（如银、金）可显著提高叠层结构的导电性能。

此外，通过优化金属薄膜的厚度及叠层结构，可进一步提高导电性能。

3. 光吸收性能分析Ga2O3作为一种n型半导体材料，具有较好的光吸收性能。

通过优化叠层结构及金属薄膜的种类和厚度，可进一步提高光吸收性能。

实验发现，在特定波长范围内，适当增加金属薄膜的厚度可提高光吸收效率。

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》范文

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》篇一Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化一、引言随着科技的发展，紫外透射导电（UV-TCO）薄膜在光电器件中的应用日益广泛。

其中，Ga2O3作为一种重要的材料，在UV-TCO薄膜中发挥了关键作用。

为了提高UV-TCO薄膜的光电性能，许多研究者采用不同的技术手段进行研究和改进。

本文提出了一种新型的Ga2O3/金属/Ga2O3叠层结构，旨在通过优化该结构的光电性能，提高其在实际应用中的性能表现。

二、材料与方法1. 材料准备本实验所使用的材料主要包括Ga2O3、不同种类的金属以及相关化学试剂。

所有材料均经过严格筛选和纯化处理，以保证实验结果的准确性和可靠性。

2. 叠层结构制备首先，制备一层高质量的Ga2O3薄膜作为基础层。

然后，通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）技术，将金属层沉积在Ga2O3薄膜上。

最后，再制备一层Ga2O3薄膜作为顶层，形成Ga2O3/金属/Ga2O3的叠层结构。

3. 光电性能测试对制备的叠层结构进行光电性能测试，包括透光率、导电性、光电转换效率等指标。

通过对比不同叠层结构和参数的样品，找出最优的叠层结构和参数组合。

三、结果与讨论1. 透光性能分析实验结果表明，Ga2O3/金属/Ga2O3叠层结构具有较高的透光率。

其中，金属层的厚度和材料选择对透光率有着显著影响。

适当的金属层厚度和良好的金属材料能够提高叠层结构的透光率。

此外，顶层和底层Ga2O3薄膜的厚度和结晶质量也对透光率有所影响。

2. 导电性能分析金属层的引入显著提高了叠层结构的导电性能。

通过调整金属层的材料和厚度，可以实现对导电性能的优化。

此外，金属层的结晶质量和与Ga2O3薄膜的界面质量也对导电性能产生影响。

在一定的范围内，金属层厚度的增加可以提高导电性能，但过厚的金属层可能导致透光率的降低。

因此，需要找到一个合适的平衡点，以实现透光率和导电性能的最佳组合。

氨化Si基Ga2O3／Co薄膜制备GaN纳米线

仪进行制备。实验前，将Ｓ（ｌ）底按照标准清洗先ｉ１１衬程序进行清洗。溅射用靶是纯度均为９。９的Ｃ９９ｏ热压靶和ＧａＯ烧结靶，基距为８ｍｍ，。。靶０系统的背景
真空度为４５ＯＰ，作时通高纯Ａｒ９．９）． ×１ａ工（９９９，Ａｏ分压为２ａＰ。室温下溅射时，依次将Ｃｏ和ＧａＯｓｚ薄膜溅射到Ｓ村底上，ｉ溅射时间分别为３ｓ１０ｎ０和２ｍｉ。将溅射好的ＧａＯ。Ｃ。／ｏ薄膜样品放人管式炉的恒温区于高纯的流动氨气中进行氨化反应。氨化温度和氨化时间分别为９００ ℃和１ｍｉ。氨化反应后，５ｎ样品呈浅黄色
１引言
氮化镓是一种十分优异的宽禁带半导体材料，室
ＣＫａ、分辨透射电子显微镜（ＴＭ，ｈｌｕ）高ＨＲＥＰｉｐｉＴＣＥＮＡ１０２）和傅立叶转换红外光谱仪（ＴＲ，ＦＩＴｅｓｒ７分别对样品的结构和组分进行了分析，对ｎｏ２）并样品的表面形貌用扫描电镜（Ｅ，ＳＭ日立Ｓ７）行观５０进
直径在５－２０ｍ范围内，０￣０ｎ长度约为几十微米。
应［基于模板的生长［，盯，７以及金属镓与氨气直接反应］生长［等。用Ｆ、、。ｅＮｉＡｕ等金属作为催化剂来合成ＧＮ纳米结构是一个重要的研究方向。用Ｎｉ］ａＥ和。ＩＥ作催化剂来合成ＧＮ纳米结构已有报道。我们ｎａ

ga2o3薄膜的外延生长、高迁移率调控及相关机理研究

ga2o3薄膜的外延生长、高迁移率调控及相关机理研究概述：氧化镓（Ga2O3）是一种具有广泛应用前景的半导体材料，其具有高电子迁移率、高电场饱和漂移速度和宽带隙等优良性能。

因此，Ga2O3被广泛应用于高功率电子器件、光电器件和传感器等领域。

然而，Ga2O3材料的外延生长和迁移率调控等方面还存在一些挑战，限制了其应用的进一步发展。

因此，对Ga2O3薄膜的外延生长、高迁移率调控及相关机理进行深入研究具有重要意义。

外延生长：Ga2O3的外延生长主要有分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和气相输运（PVT）等方法。

其中，MBE和MOCVD是常用的方法。

MBE方法具有高纯度、高晶态、低缺陷等优点，但是生长速率较慢。

MOCVD方法生长速率快，但杂质控制较难。

为了获得高质量的Ga2O3薄膜，需要对生长条件进行优化，例如控制温度、气压、气体流量等参数。

高迁移率调控：Ga2O3的高迁移率是其应用于高功率电子器件的关键因素之一。

目前，主要的调控方法包括掺杂和表面处理两种。

掺杂可以通过掺杂杂质、控制掺杂浓度和掺杂方式等手段来提高Ga2O3的迁移率。

表面处理可以通过化学处理、热处理和氧化处理等方法来提高Ga2O3的表面质量和迁移率。

此外，研究Ga2O3材料的晶体结构、缺陷和电子结构等方面也有助于理解其迁移率的调控机制。

相关机理：Ga2O3材料的外延生长和迁移率调控涉及到多个物理和化学过程，例如晶体生长、掺杂、杂质扩散和表面反应等。

因此，研究这些过程的机理对于理解和优化Ga2O3材料的性能具有重要意义。

例如，研究Ga2O3材料的晶体生长机理可以优化生长条件，提高生长速率和晶体质量；研究Ga2O3材料的表面反应机理可以提高表面质量和迁移率。

此外，研究Ga2O3材料的缺陷和电子结构等方面也有助于理解其性能和调控机制。

总结：Ga2O3材料的外延生长、高迁移率调控及相关机理研究是当前材料科学研究的热点之一。

通过对这些方面的深入研究，可以优化Ga2O3材料的性能，拓展其应用领域。

氨化Si基Ga_2O_3_In制备GaN薄膜[1]

氨化Si基Ga2O3/In制备GaN薄膜3王福学,薛成山,庄惠照,张晓凯,艾玉杰,孙丽丽,杨兆柱,李　红(山东师范大学半导体所,山东济南250014)摘　要:　研究了Ga2O3/In膜反应自组装制备GaN 薄膜,再将Ga2O3/In膜在高纯氨气气氛中氨化反应得到GaN薄膜,用X射线衍射(XRD),傅里叶红外吸收(F TIR),扫描电镜(SEM),原子力显微镜(A FM),透射电镜(TEM)对样品进行结构,形貌的分析。

测试结果表明:用此方法得到了六方纤锌矿结构的GaN多晶膜,且900℃时成膜的质量最好。

关键词:　GaN;Ga2O3/In;氨化;磁控溅射中图分类号:　TN304文献标识码:A 文章编号:100129731(2007)022*******1　引　言GaN为直接宽带隙半导体材料(室温下禁带宽度为3.39eV)[1,2],它的电子漂移速度高,介电常数小,导电性能好,击穿电压高和化学稳定性好,非常适合制作抗辐射,高频,大功率,耐高温和高密度集成电子器件以及蓝绿光和紫外光的发光二极管,因此成为近年来国内外半导体材料及光电子器件的研究热点[3]。

但是由于GaN在熔点时有极高的离解压,导致GaN大尺寸晶体生长极为困难,因此在异质衬底上的外延生长GaN就成为研究材料和器件的主要途径,现在,GaN 薄膜已在各种衬底上获得,如Si[4,5]、GaAs[6]、MgAl2O4[7]、SiC[8]、ZnO[9]、Mg[10]以及各种取向的蓝宝石衬底[11]。

为了制备大面积的外延层,硅片被认为是制备较为理想的衬底,因为它具有单晶质量高,价格低,易于解理,容易制作电极,在高温下不易分解等优点,而且人们对硅基电路的研究已比较透彻。

但目前硅基生长GaN还存在几个主要困难[12]:(1)Si与GaN 的晶格常数失配和热膨胀系数失配大;(2)Si与GaN 之间的浸润性差;(3)在生长氮化物过程中容易形成Si3N4。

因此,很难直接在硅衬底上制备出高质量的GaN单晶。

Si基磁控溅射Ga,2O,3Al膜制备GaN—维纳米结构的研究

３．３－１氢化温度的影响在实验中我们发现，Ｇａ。

０，与氨气的反应温度对其表面结构的性质产生显著的响。

图３－４在四个温度下生成的样品的表面ＳＥＭ图谱（ａ）８５０℃Ｃｏ）９００’Ｃ（ｃ）９５０＂Ｃ（ｄ）１０００＊Ｃ图３—４中我们给出的是缓冲层厚度为２０ｒｉｍ样品的扫描电镜图像。

图（ａ）、（ｂ）、（ｃ）和（ｄ）分别对应温度为８５０℃、９００℃、９５０℃和１０００。

Ｃ氨化后的表面形貌。

从（ａ）图可以看出在８５０＂Ｃ温度下只有少量位于薄膜表面的Ｇａ。

０，被氨化，ＨＩｊＨＩＪ开始出现ＧａＮ的颗粒。

而从图（ｂ）、（ｃ）和（ｄ）三个样品表面形貌的对比中可以看出氨化后的样品表面纳米结构随温度的变化出现了显著的变化。

９００＂Ｃ氨化了１５分钟时，样品表面很多凌乱生长的纳米线，直径大约有１００ｎｍ。

当在９５０℃氨化了１５分钟时，样品表面的纳米结构变粗，由较细的纳米线变成了纳米棒，并且密度减少，形状也趋于多样，有少数的较粗的纳米线形成了环，直径明显变大，有的甚至达数百纳米。

当温度达到１０００＂Ｃ氨化１５分钟时，表面分布着少数颗粒，并且形状有向一致发展的趋势，出现这一趋势的原因，我们认为是较高温度导致了ＧａＮ的升华，同时使在表面存留的ＧａＮ颗粒的结晶程度提高。

３．３－２氨化时间的影响我们选择～缓冲层厚度为２０ｎｍ，Ｇａｚ０３溅射时间为９０分钟厚度约为５００ｎｍ的样品，在氨化温度为９５０℃，变换不同的氨化时间，然后对所制备的样品表面进行测试分析。

图３．５给出的是缓冲层厚度为２０ｒｉｍ的样品在不同氨化时间下的扫描电镜图像：（ａ）５ｍ咄（ｂ）１０ｍｉｎ，（ｃ）１５ｍｉｎ，（ｄ）２０ｍｉｎ。

图３－５９５０℃不同氨化时间下样品的表面形貌ＳＥＭ图谱氨化时间：（ａ）５ｍｉｎ，（ｂ）１０ｍｉｎ，（ｃ）１５ｒａｉｎ，（ｄ）２０ｍｉｎ从图（ａ）可以看出氨化５ｍｉｎ时样品表面已出现纳米棒状结构，但是长度很短且有大块无规则的混合物出现，图中椭圆圈出。

溅射Ga2O3反应自组装和脉冲激光沉积(PLD)法制备GaN薄膜

和Ｎ气（９９９．，９．９％）背景真空度为６０ａ室温下溅射时，Ｘ１～Ｐ。真空室的气压始终保持在１１Ｐ，ｒ．ａＡ：＝１：（／）溅射仪的０１ｖｖ，
功率为１０Ｗ，５溅射频率为１。６ＭＨ，间为１５ｈ所制备的Ｇ２３３５ｚ时。。ａ０薄膜厚约为６０Ｉ１０ｉ．ｌ第二步，／在管式石英电炉中氮化反应自组装ＧＮ晶体膜．ａ把溅射好的样品置于石英舟中，放进炉温为９００％的管式电炉恒温区的巾央．先通氮气５ｍｎ用其赶走管ｉ，
（Ｒ和原子力显微镜（Ｆ对ＧＮ薄膜的结构和形貌进行分析，ＸＤ）ＡＭ）ａ结果表明，采刚两种办法两种衬底上均可制备出结晶较好的ＣＮ薄膜，ａ但硅衬底ｊ制备的ＧＮ薄膜的粒明妊ｒ＝往蓝宝衬底上制备的ＣＮ薄膜的晶粒，ａ人卜ａ进一步表明硅基溅射Ｇ２３ａ０反应自组装ＧＩ薄膜晶化度较岛ａＮ
关键词
溅射Ｇ２反应自ａ组装；脉冲激光沉（Ｉ）ＣＮＰＤ；ａ薄膜
中图分类号Ｃ０Ｎ３４
ｌ族氮化物ＧＮ，１ＩＮ可形成连续同溶体，带隙能够覆盖从１８ｅＩＩａＡＮ，ｎ其，Ｖ的红光波段到６２ｅ。Ｖ的紫外波段，是制做红、黄、，绿特别是蓝光发光二极管（Ｅ）ＬＤ和激光二极管（Ｄ）大功率晶体管的理想材料，可见光源和紫外光源领域有着广阔的Ｌ、在
１实验分析
用射频磁控溅射工艺在Ｓ基上溅射Ｇ２３ｉａ０薄膜氮化反应组装ＧＮ薄膜。过两步生长模式来制备高质量的ＧＩ晶体膜。ａ通ａＮ

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》范文

Ga2O3作为一种重要的n型半导体材料，具有宽带隙、高化学稳定性及良好的透光性等特点，在太阳能电池、光电器件等领域有广泛的应用前景。

而通过在Ga2O3薄膜中引入金属叠层结构，可有效提升其光电性能。

本文旨在探讨Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化方法及其应用效果。

二、Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的制备制备Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的关键步骤包括：首先，在适当温度下制备出高质量的Ga2O3薄膜；其次，通过真空蒸镀、溅射或化学气相沉积等方法在Ga2O3薄膜上引入金属层；最后，再制备一层Ga2O3薄膜，形成叠层结构。

三、光电性能优化方法1. 金属层的选择与优化：选择合适的金属材料对提升叠层薄膜的光电性能至关重要。

常用的金属包括银（Ag）、金（Au）等。

这些金属具有优异的导电性和较高的透光性，能显著提高叠层薄膜的光电性能。

通过调整金属层的厚度和掺杂浓度，可以优化其在叠层薄膜中的电子传输性能。

2. 叠层结构的设计与优化：通过调整Ga2O3与金属层的厚度比例、叠层次数等参数，可以进一步优化薄膜的光电性能。

适当增加Ga2O3层的厚度可以提高薄膜的透光性，而适当增加金属层的厚度可以改善其导电性能。

此外，采用不同的叠层结构（如多层交错结构）也可以提高薄膜的光电性能。

3. 退火处理：对制备好的叠层薄膜进行适当的退火处理，可以提高其结晶质量和表面平整度，从而改善其光电性能。

退火温度、时间和气氛等参数的选择对退火效果具有重要影响。

四、实验结果与分析通过实验，我们发现：1. 选用合适的金属（如Ag）并优化其厚度和掺杂浓度，可以显著提高Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的导电性能和透光性。

氨化Ga_2O_3_Nb薄膜制备GaN纳米线[1]

氨化Ga2O3/Nb薄膜制备GaN纳米线3李保理,庄惠照,薛成山,张士英(山东师范大学半导体研究所,山东济南250014)摘　要:　采用射频磁控溅射技术先在硅衬底上制备Ga2O3/Nb薄膜,然后在900℃时于流动的氨气中进行氨化制备GaN纳米线。

用X射线衍射(XRD)、傅立叶红外吸收光谱(F TIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)详细分析了GaN纳米线的结构和形貌。

结果表明:采用此方法得到的GaN纳米线为六方纤锌矿结构,其纳米线的直径大约在50～100nm之间,纳米线的长约几个微米。

室温下以325nm波长的光激发样品表面,只显示出一个位于364.4nm的很强的紫外发光峰。

最后,简单讨论了GaN纳米线的生长机制。

关键词:　GaN纳米线;磁控溅射;氨化中图分类号:　TN304.23文献标识码:A 文章编号:100129731(2008)01200542031　引　言GaN是一种十分优异的宽禁带半导体材料,室温下禁带宽度为3.39eV,具有高的发光效率、高的电子漂移饱和速度、高的热导率、耐高温和抗辐射等特点,被广泛地用来制作各种高亮度蓝、绿光发光二极管、蓝色激光器和紫外探测器,同时又适于制作抗辐射、高频、高温和高密度集成的电子器件[1～3]。

近年来,由于在介观物理和新颖纳米器件制备方面的潜在应用价值,以及在与发展新型电子器件和研究量子限制效应等方面的优势[4],一维GaN纳米材料的制备与研究引起了人们的广泛关注。

自从1997年韩伟强等人首次利用碳纳米管作为模板诱导生长出了GaN纳米棒[5],许多人致力于发展各种制备一维GaN纳米材料的技术。

目前制备一维GaN纳米材料的方法有以下几种:模板限制反应生长[6],金属催化反应生长[7],氧化物辅助生长[8]和直接反应生长[9]、弧光放电法[10]、升华法[11]和高温分解法[12]。

虽然已经有报道可以利用以上各种方法制出纯度较高、产率较大的GaN纳米线,但对用Nb做催化剂制备GaN纳米线的研究在国内外却未见报道。

Ga2O3薄膜的磁控溅射制备及其性能研究开题报告

Ga2O3薄膜的磁控溅射制备及其性能研究开题报告一、研究背景及意义：氧化镓（Ga2O3）是一种重要的半导体材料。

由于其宽带隙（4.5~4.9 eV）和高电子亲和能（4.9 eV），在光电器件、高温传感器、深紫外光探测器等领域具有广泛的应用前景。

然而，Ga2O3薄膜的制备技术和性能研究仍存在一定的挑战，特别是在控制薄膜成分、结构和性能方面仍存在很大的难度。

磁控溅射是一种有效的薄膜制备技术，在制备Ga2O3薄膜方面也具有良好的应用潜力。

但是，该方法需要在氧气/惰性气体的共同作用下进行薄膜制备，成分控制和缺陷控制等方面的问题对于薄膜质量和性能的影响还需要深入研究。

本研究将以磁控溅射制备Ga2O3薄膜为主要目标，并通过对制备条件的优化和薄膜性能的表征，探究影响Ga2O3薄膜性能的关键因素，为其在光电器件等领域的应用提供技术支撑。

二、研究内容及方法：1. 磁控溅射制备Ga2O3薄膜并优化制备条件：选取适当的靶材、气体流量和放电功率等制备参数，通过控制薄膜沉积速率和晶体取向等，实现薄膜成分和结构的控制。

2. 薄膜性能表征：通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对薄膜的晶体结构、表面形貌和成分等进行分析，探究制备条件对薄膜性能的影响。

3. 光学性能测量：采用紫外-可见-近红外分光光度计对Ga2O3薄膜的透过率和反射率等进行测试，评估其在光电器件中的应用潜力。

4. 微硬度测试：通过硬度计对Ga2O3薄膜的微观硬度进行测试，研究制备条件对薄膜硬度的影响，并探究硬度与薄膜成分、结构的关系。

三、预期结果：1. 优化磁控溅射制备Ga2O3薄膜的制备条件，得到高质量的Ga2O3薄膜，并探究制备条件对薄膜结构和成分的影响。

2. 揭示Ga2O3薄膜的晶体结构、表面形貌、成分和光学性能等方面的特征，并评估其在光电器件中的应用潜力。

3. 探究Ga2O3薄膜的微观硬度特性并分析其与成分、结构的关系，为进一步研究Ga2O3薄膜在高温传感器等领域的应用提供理论支撑。

引入籽晶层的物理溅射生长Ga2O3外延薄膜特性研究

引入籽晶层的物理溅射生长Ga 2O 3外延薄膜特性研究*洪梓凡陈海峰† 贾一凡祁祺刘英英过立新刘祥泰陆芹李立珺王少青关云鹤胡启人(西安邮电大学电子工程学院, 新型半导体器件与材料重点实验室, 西安　710121)(2020 年5 月29日收到; 2020 年7 月4日收到修改稿)(¯201)氧化镓(Ga 2O 3)薄膜在功率器件以及紫外探测等领域中具有重要的应用潜力, 而实现高质量薄膜制备则是其中的关键. 本文在蓝宝石衬底上物理溅射生长外延Ga 2O 3层, 因采用引入籽晶层的方法提供了人为成核点而使得外延层结晶质量获得明显改善. 实验发现该外延层薄膜的生长中随着功率增加, 晶粒团聚到一定尺寸后出现裂解现象. 这一物理机制归因于大功率下溅射粒子在生长晶面上扩散携带的能量过大导致粒子碰撞次数增多. 文中生长的外延层为晶面取向的b 型Ga 2O 3薄膜, 厚度在202.4—292.3 nm 之间, 薄膜在450—800 nm 范围可见光波段的透射率约为90%, 吸收边随着功率的增加先蓝移后红移, 带隙约为4.81—4.96 eV. 光致发光光谱分析表明, 该外延层薄膜在460 nm 处产生蓝色发光. 本文发现溅射功率为160 W 时引入籽晶层生长的b -Ga 2O 3薄膜具有最佳的结晶质量, 这一方法将为高质量b -Ga 2O 3薄膜的可控生长提供有益参考.关键词：b -Ga 2O 3, 外延, 宽禁带半导体, 磁控溅射PACS ：81.15.–z, 81.10.–h, 81.70.–q, 78.20.–e　DOI: 10.7498/aps.69.202008101 引　言氧化镓(Ga 2O 3)禁带宽度约为4.4—5.3 eV [1],大于SiC 和GaN, 这一特征展示出了巨大的应用潜力[2], 因此被认为是未来电力电子学和光电领域应用中最有前景的超宽带隙半导体之一[3]. b -Ga 2O 3在众多相中最稳定[4−7], 拥有接近5 eV 的超大带隙, 并且具有8 MV/cm 的超高击穿电场[8,9]. 目前制备b -Ga 2O 3薄膜的主流方式为射频磁控溅射[10,11]、分子束外延(MBE)[12]、脉冲激光沉积(PLD)[13,14]、原子层沉积(ALD)[15]、化学气相沉积(CVD)[16,17].其中, 射频磁控溅射法作为常用方法, 具有附着性高、质量可控、成本低的优点, 通过改变溅射功率、沉积压强、生长温度、氧分压等条件在蓝宝石衬底上进行b -Ga 2O 3薄膜可控生长已被广泛报道[18−21].然而, 使用射频磁控溅射法沉积Ga 2O 3薄膜时通常选择在衬底上直接外延生长, 这导致制备出的Ga 2O 3薄膜表现出表面形貌差、晶粒尺寸小、位错缺陷过多等特点, 最终得到的薄膜质量不佳. 该问题的主要原因是蓝宝石衬底和b -Ga 2O 3薄膜之间的晶格失配[22]. 因此, 有必要对生长过程进行工艺改进以提高晶粒尺寸, 降低位错缺陷数量, 提高薄膜质量.本文采用磁控溅射法, 在C 面蓝宝石衬底上预生长籽晶层并进行退火处理, 在籽晶层基础上进* 陕西省自然科学基础研究计划(批准号: 2020JM-581)资助的课题.† 通信作者. E-mail: chenhaifeng @© 2020 中国物理学会 Chinese Physical Society行二次薄膜沉积. 为了分析外延层薄膜在籽晶层上的生长特性, 选取不同溅射功率范围在籽晶层上进行b-Ga2O3薄膜沉积. 使用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电镜(SEM)、紫外分光光度计、光致发光(PL)谱表征技术, 对沉积的Ga2O3薄膜结构、形貌和光学性能进行研究, 并给出了相关的引入籽晶层的外延Ga2O3薄膜的物理生长机理.2 实验过程2.1 材料制备图1为蓝宝石衬底上Ga2O3籽晶层-外延层结构图. 首先使用丙酮、无水乙醇、去离子水对蓝宝石衬底分别进行10 min的超声波清洗, 采用99.99%的Ga2O3靶材, 使用磁控溅射法在蓝宝石衬底上进行薄膜沉积. Ga2O3籽晶层使用射频磁控溅射生长, 沉积时间为20 min, 溅射功率为200 W,沉积结束后对籽晶层在800 ℃的N2中进行1 h 退火处理. 然后在籽晶层上沉积外延层, 设置溅射功率为140 W, 舱室气压为7×10–4 Pa, 以Ar和O2为混合气体, 气体流量分别设置为36和4 sccm (1 sccm = 1 ml/min), 并使工作气压保持1 Pa,在室温下沉积2 h, 并在800 ℃的N2中进行1 h 退火处理. 此外, 为了更好地分析检验引入籽晶层的外延层生长质量, 本文还直接在蓝宝石衬底上生长单层Ga2O3薄膜作为对照样品, 其生长条件与籽晶层-外延层结构中的外延层生长退火条件一致.使用AFM扫描样品并观察到引入籽晶层和直接外延的两个样品表面形貌之间存在明显差异, 证实Ga2O3籽晶层对薄膜生长将产生一定影响. 之后, 分别以160, 180和200 W的溅射功率在籽晶层上进行薄膜外延生长并退火处理, 溅射过程中使用衬底非加热模式, 以研究外延层溅射功率对薄膜生长特性及其光学性能的影响.2.2 性能测试使用德国Bruker dimensionAFM进行表面形貌表征与粗糙度测定, 使用日本理学Smaralab ragiku 9型XRD进行结构性能表征, 使用FEI Nova NanoSEM 450SEM来估算薄膜厚度, 使用UV-2400型紫外分光光度计分析薄膜样品的透过率,使用FLS-920型荧光光谱仪分析薄膜PL谱.3 结果与讨论使用AFM对薄膜表面形貌进行表征, 图2(a)为无籽晶层结构在140 W溅射功率下沉积的Ga2O3外延薄膜表面形貌图. 相比图2(b)在籽晶层上使用140 W溅射功率下生长的Ga2O3外延薄膜, 无籽晶层时生长的表面颗粒无序性更明显, 尺寸更小, 并且小尺寸颗粒占更大比例, 说明籽晶层结构将有助于外延层生长, 并且表面形貌得到较大改善. 图2(c)—图2(e)分别为溅射功率160, 180和200 W的二维扫描图. 对所有样品进行颗粒尺寸估算, 图2(a)—图2(e)对应的外延薄膜的平均颗粒尺寸分别为34.26, 60.61, 80.32, 76.08和56.25 nm.同时, 从图2(b)—图2(e)引入籽晶层的情形可以看出, 溅射功率为140 W时, 60 nm以下的小尺寸颗粒占较大比例; 溅射功率为160 W时, 颗粒尺寸急剧增加; 溅射功率为180 W时, 颗粒出现裂解现象, 大颗粒逐渐裂解为小颗粒, 这种裂解现象往往与粒子轰击效应或能量效应相关. 而大功率条件下, 溅射产物离化率也必然提高; 当溅射功率达到200 W时, 大颗粒裂解为更多的小颗粒. 以上的实验现象揭示了Ga2O3外延薄膜在籽晶层上的生长特性, 相比之前有关蓝宝石衬底直接外延生长的报道(Li等[18]发现表面形貌多由小晶粒组成, 随着溅射功率增加, 尺寸逐渐增大), 显示出了不同的生长过程. 可以推测其内在的物理机理为: 随着溅射功率升高, 活性原子数增多, 沉积时的扩散速度更快, 由于籽晶层提供了人为成核点, 解决了晶格不匹配导致难以成核生长的问题, 溅射粒子在籽晶层表面快速扩散并参与薄膜生长. 同时, 溅射粒子在沉积生长的过程中互相碰撞结合成大颗粒, 当溅射功率过大时, 溅射粒子在生长晶面上扩散, 携带的能量过大导致粒子碰撞次数增多, 使得溅射粒子难以结合成大颗粒形态. 根据AFM对表面粗糙度的外延层蓝宝石衬底籽晶层图 1 蓝宝石衬底上Ga2O3籽晶层-外延层薄膜系统结构示意图Fig. 1. Structure diagram of Ga2O3 seed layer-epitaxial layer.测定结果, 图2(f)显示图2(a)—图2(e)的均方根粗糙度(RMS)分别为0.82, 1.53, 1.24, 1.46, 1.30 nm,说明所有的Ga 2O 3薄膜具有非常小的粗糙度, 引入籽晶层生长的外延薄膜相比无籽晶层生长的薄膜粗糙度略微提高, 这是由于表面颗粒尺寸增大导致的. 籽晶层设计使得薄膜表面呈现相对平坦的形貌, 减弱了应力导致薄膜形貌差的影响, 在提高晶粒尺寸的同时使得粗糙度维持在较低的水平.(¯201)(¯402)(¯603)(¯201)图3(a)为图2(a)—图2(e)中不同的溅射功率下沉积的Ga 2O 3外延薄膜XRD 曲线图, 结果显示在18.95°, 38.40°, 59.19°出现了很强的衍射峰, 分别对应于b -Ga 2O 3的 , , (JCPDSFile No.41-1103). 这三个晶向同属于晶面族, 说明在蓝宝石衬底上制备的Ga 2O 3外延薄膜具有很强的择优取向性, Nakagomi 和Kokubun [23]认为这是因为b -Ga 2O 3的氧原子排列与C 面蓝宝石的(0001)面相同, 而其他峰则被证实为蓝宝石的衍射峰[24]. 从衍射峰强度来看, 在四个籽晶层上生长的Ga 2O 3薄膜样品中, 功率为160 W 的样品衍射峰强度相比其他三个样品更高, 说明其结晶度更高. 这是因为从140 W 增加到160 W, 溅射粒子β(¯201)的逸出功逐渐增加, 有利于沉积粒子在籽晶层上扩散迁移形成晶体. 当功率从160 W 增加到180 W 时, 溅射粒子的能量过大, 破坏了籽晶层的表面结构, 不利于外延层的再生长, 从而使得衍射峰强度下降. 当功率为200 W 时, 衍射峰强变化不明显,结晶度与180 W 时相比没有明显变化. AFM 图所观察到的表面颗粒为晶粒团聚体, 可直接测量其尺寸, 而平均晶粒尺寸可根据XRD 中显示的半峰宽值(FWHM)进行计算. 针对图3(a)中五个样品的衍射峰进行研究并计算平均晶粒尺寸, 计算晶粒尺寸采用谢乐公式[25]:β(¯201)其中l 为X 射线波长(1.54056Å), b 为FWHM 值, q 为衍射角, 图3(b)显示了衍射峰的FWHM 值以及使用谢乐公式计算所得晶粒尺寸折线图. 无籽晶层条件下使用140 W 功率生长的Ga 2O 3薄膜以及在籽晶层条件下使用四种功率生长的Ga 2O 3薄膜FWHM 值分别为0.661, 0.612,0.519, 0.587和0.502. 计算出的晶粒尺寸分别为11.9, 13.7, 16.2, 14.3和16.7 nm. 在功率为140 W 时, 无籽晶层的条件下生长的Ga 2O 3薄膜FWHMSputtering power/WR M S/n mAF M a v e r a g e p a r t i c l e s i z e /n m5.0 nm-5.0 nm4.6 nm-4.2 nm 0500 nmHeight sensor500 nmHeight sensor3.1 nm-2.6 nm6.3 nm-5.2 nm 4.5 nm-4.0 nm 0500 nmHeight sensor500 nmHeight sensor500 nmHeight sensor图 2 不同条件下生长的Ga 2O 3薄膜AFM 扫描图及尺寸估算与RMS 折线图　(a)无籽晶层140 W 溅射生长; (b)籽晶层上140 W 溅射生长; (c)籽晶层上160 W 溅射生长; (d)籽晶层上180 W 溅射生长; (e)籽晶层上200 W 溅射生长; (f) 尺寸估算与RMS 折线图Fig. 2. AFM scans of Ga 2O 3 thin films grown under different conditions, particle size and RMS lines chart: (a) 140 W sputter growth without seed layer; (b) 140 W sputter growth on seed layer; (c) 160 W sputter growth on the seed layer; (d) 180 W sputter growth on the seed layer; (e) 200 W sputter growth on the seed layer; (f) particle size and RMS lines chart.值大于籽晶层条件下生长的Ga 2O 3薄膜, 这说明籽晶层设计对晶体质量具有明显的改善效果. 通过与AFM 测试所估算的表面颗粒尺寸对比, 可以看到由谢乐公式计算出的晶粒尺寸和AFM 扫描结果估算的颗粒尺寸变化趋势并不完全一致, 这是因为表面颗粒虽然是晶粒凝聚的产物, 但在其凝聚成团的过程中可能受到更多因素的影响, 故晶粒尺寸的提高并不意味着表面颗粒尺寸一定会随之提高.XRD 显示的晶粒尺寸变化趋势可以理解为: 功率从140 W 增加到160 W, 晶粒尺寸提高; 从160 W 增加到180 W, 溅射粒子逸出功过大, 使得籽晶层表面结构开始被破坏, 结晶度下降, 晶粒尺寸降低;而从180 W 增加到200 W 时, 由于功率过大, 反而使晶粒尺寸又一次提高.图4(a)—图4(d)为在籽晶层上使用不同溅射功率生长的薄膜截面SEM 扫描图. 可以看到随着功率升高, 厚度分别为202.4, 247.3, 292.3和260.8 nm. 由于籽晶层较薄故未能看见与外延层的明显分层现象, 可以看到从140 W 到180 W, 随着功率升高, 薄膜生长速率增加. 当功率达到200 W 时, 出现小幅下降, 这是因为溅射粒子逸出功过大导致的.图5(a)给出了不同功率生长的Ga 2O 3外延层薄膜的透射光谱. 所有样品在450—800 nm 范围的可见光波段透过率均在90%左右, 在350—400 nm 区间开始急剧下降. 关于透射光谱吸收峰的研究,刘浩等[26]认为此波段范围内出现的吸收峰对应于氧空位能级, 曲线凹陷表明薄膜内部空位缺陷较多, 质量较差. 而功率为160 W 的样品在此区间的波形呈凸起形状, 意味着该样品中薄膜的氧空位浓度比另外三个样品要更低, 进一步说明了该样品的结晶质量要更好. 从功率为140, 160, 180和200 W 的样品透过率曲线可以看出, 随着功率增加, 吸收边先蓝移后红移. 这可能和改变溅射功率引起的粒径变化有关, 粒径减小, 内应力导致能带结构发生变化, 能级间距变窄, 导致电子由价带到导带迁跃引起的光吸收带和吸收边发生红移. 而粒径增大则导致吸收边蓝移, 这与AFM 观察到的粒径变化相对应. 氧空位数量减少, 薄膜边带附近的缺陷能级减少, 这些因素也将导致吸收边蓝移[27]. 使用Tauc 方法估算光学带隙(E g ), 如图5(b)所示, 绘2 /(O )I n t e n s i t y /a r b . u n i t sSputtering power/WX R D a v e r a g e g r a i n s i z e /n mF W H M /(O )图 3 (a) 以不同溅射功率沉积的b -Ga 2O 3薄膜的XRD 图谱; (b) FWHM 以及平均晶粒尺寸分布图Fig. 3. (a) XRD pattern of b -Ga2 O3 thin films deposited at diffreent sputtering power; (b) FWHM and average grain sizedistribution.图 4 籽晶层上使用不同功率生长的b -Ga 2O 3薄膜SEM 截面扫描图　(a) 140 W; (b) 160 W; (c) 180 W; (d) 200 W Fig. 4. SEM cross-section scan of b -Ga2 O3 thin film grown on seed layer with different power: (a) 140 W; (b) 160 W;(c) 180 W; (d) 200 W.制出(a h n )2 vs h n 曲线图, 吸收系数a 由下式得到[18]:其中t 为薄膜厚度, T 为透射率. 在140, 160, 180和200 W 的溅射功率下沉积的Ga 2O 3外延薄膜带隙值分别为4.81, 4.96, 4.89和4.86 eV. 这一结果与Oanh 等[28]使用PLD 制备出的Ga 2O 3薄膜带隙值相似. 而各样品出现不同带隙值的原因归结于薄膜厚度以及粒径大小不同, 这些因素将导致晶格应变程度不同, 从而影响带隙大小. 缺陷数量也将影响带隙值, 缺陷越多, 带隙越小[25].图6显示了不同溅射功率的Ga 2O 3薄膜的PL 谱. 蓝色发光来源于施主杂质上的电子和受主杂质上的空穴的复合, 这个机制被称为施主-受主对复合, 施主由氧空位和Ga 间隙形成, 受主由镓空位或者镓-氧空位对组成[29]. 所有的薄膜样品在460 nm 处均出现了强烈的蓝光激发, 这与之前有关Ga 2O 3薄膜PL 谱的报道并不完全相同(Cheng等[30]使用电子束蒸发生长Ga 2O 3薄膜并观察到其PL 谱存在蓝、绿、红三种激发光). 可以看到改变功率对发光波长并未产生明显偏移, 溅射功率为160 W 的样品相比其他样品具有更高的峰值.对于发光强度, 这可能还涉及到表面态和晶界散射导致的非辐射复合过程等影响因素[31]. 200 W 功率下生长的Ga 2O 3外延薄膜FWHM 值最小, 计算出的平均晶粒尺寸最大, 发光强度却不是最强,这可能是由于激光束斑(10 µm)照射区与XRD 测试区(1 cm × 2 cm)面积存在较大差异, 且激光束斑更容易照射至不均匀区域, 致使发光强度与XRD 结果存在一定偏差. 此外, Li 等[18]在使用磁控溅射法生长Ga 2O 3薄膜并进行PL 谱研究时, 亦出现了类似的偏差结果, 他们认为发光强度的变化是一些复杂性因素所致, 包括结晶体中不同浓度的缺陷、表面态和晶界散射导致的非辐射复合.4 结　论(¯201)本文采用射频磁控溅射制备了Ga 2O 3籽晶层并在其基础上进行Ga 2O 3薄膜沉积. 针对溅射功率研究了在籽晶层上生长Ga 2O 3外延层薄膜的生长特性和光学性能, 结合XRD, AFM, SEM, 紫外分光光度计, PL 谱等分析, 发现了薄膜的生长中出现晶粒团聚, 随着功率增加, 晶粒团聚到一定尺寸后出现裂解的现象. 本文生长的外延薄膜具有沿面择优取向, 并且具有较高的晶体质量和优良的光学性质, 在450—800 nm 范围的可见光波200300400500600700800Wavelength/nm100806040200T r a n s m i t t a n c e /%(a)140 W 160 W 180 W 200 W/eV( )2/1010 e V 2S c m -2图 5 (a) b -Ga 2O 3薄膜的透射光谱; (b) (a h n )2~h n 曲线图Fig. 5. (a) Optical transmittance spectra for b -Ga 2O 3 films;(b) the plot of (a h n )2~h n .400500600700800Wavelength/nmP L i n t e n s i t y /a r b . u n i t s140 W 160 W 180 W 200 W图 6 在籽晶层上使用不同溅射功率沉积的b -Ga 2O 3薄膜PL 谱Fig. 6. PL spectra for b -Ga 2O 3 films deposited at different sputtering power on seed layer.段达到了约90%的透过率, 并具有蓝光激发的PL 特性. 本文采用引入籽晶层生长氧化镓外延层薄膜方法, 将为高质量b -Ga 2O 3薄膜的可控生长提供有益参考.参考文献O numa T, Saito S, Sasaki K, Masui T, Yamaguchi T, HondaT, Higashiwaki M 2015 Jpn. J. Appl. Phys. 54 112601[1]H igashiwaki M, Sasaki K, Kuramata A, Masui T, YamakoshiS 2014 Phys. Status Solidi A 211 21[2]P earton S J, Yang J C, Cary P H, Ren F, Kim J, Tadjer MJ, Mastro M A 2018 Appl. Phys. Rev. 5 011301[3]Z inkevich M, Aldinger F 2004 J. Am. Ceram. Soc. 87 683[4]P layford H Y, Hannon A C, Barney E R, Walton R I 2013Chem. Eur. J. 19 2803[5]G ottschalch V, Merker S, Blaurock S, Kneiss M, Teschner U2019 J. Cryst. Growth 510 76[6]G hose S, Rahman S 2016 J. Vac. Sci. Technol., B 34 02L109[7]S hi F F, Han J, Xing Y H, Li J S, Zhang L, He T, Li T, DengX G, Zhang X D, Zhang B S 2019 Mater. Lett. 237 105[8]H igashiwaki M, Sasaki K, Kuramata A, Masui T, YamakoshiS 2012 Appl. Phys. Lett. 100 013504[9]H an S, Huang X L, Fang M Z, Zhao W G, Xu S J, Zhu D,Xu W Y, Fang M, Liu W J, Cao P J, Lu Y M 2019 J. Mater.Chem. C 7 11834[10]K ang H C 2014 Mater. Lett. 119 123[11]K alarickal N K, Xia Z B, McGlone J, Krishnamoorthy S,Moore W, Brenner M, Arehart A R, Ringel S A, Rajan S 2019 Appl. Phys. Lett. 115 152106[12]O rita M, Ohta H, Hirano M 2000 Appl. Phys. Lett. 77 4166[13]C ai Y C, Zhang K, Feng Q, Zuo Y, Hu Z Z, Feng Z Q, ZhouH, Lu X L, Zhang C F, Tang W H, Zhang J C, Hao Y 2018Opt. Mater. Express 8 3506[14]R oberts J W, Jarman J C, Johnstone D N, Midgley P A,Chalker P R, Oliver R A, Massabuau F C 2018 J. Cryst.[15]Growth 487 23J oishi C, Rafique S, Xia Z B, Han L, Krishnamoorthy S,Zhang Y W, Lodha S, Zhao H P, Rajan S 2018 Appl. Phys.Express 11 031101[16]M i W, Ma J, Luan C, Xiao H D 2014 J. Lumin. 146 1[17]L i S F, Jiao S J, Wang D B, Gao S Y, Wang J Z 2018 J.Alloys Compd. 753 186[18]W u J W, Mi W, Yang Z C, Chen Y T, Li P J, Zhao J S,Zhang K L, Zhang X C, Luan C B 2019 Vacuum 167 6[19]L i Z, An Z Y, Xu Y, Cheng Y L, Cheng Y N, Chen D Z,Feng Q, Xu S R, Zhang J C, Zhang C F, Hao Y 2019 J.Mater. Sci. 54 10335[20]M a H L, Su Q 2014 Acta. Phys. Sin. 63 116701 (in Chinese)[马海林, 苏庆 2014 物理学报 63 116701][21]C hen Y P, Liang H W, Xia X C, Tao P C, Shen R S, Liu Y,Feng Y B, Zheng Y H, Li X N, Du G T 2015 J. Mater. Sci.-Mater. Electron. 26 3231[22]N akagomi S, Kokubun Y 2012 J. Cryst. Growth 349 12[23]G hose S, Rahman S, Hong L, Rojas-Ramirez J S, Jin H, Park K, Klie R, Droopad R 2017 J. Appl. Phys. 122 095302[24]J iao S J, Lu H L, Wang X H, Nie Y Y, Wang D B, Gao S Y,Wang J Z 2019 ECS J. Solid State Sci. 8 Q3086[25]L iu H, Deng H, Wei M, Yu Y B, Chen W Y 2015 Chin. J.Lumin. 36 906 (in Chinese) [刘浩, 邓宏, 韦敏, 于永斌, 陈文宇2015 发光学报 36 906][26]L iao Y K, Jiao S J, Li S F, Wang J Z, Wang D B, Gao S Y,Yu Q J, Li H T 2018 Crystengcomm 20 133[27]O anh V T K, Lee D U, Kim E K 2019 J. Alloys Compd. 806874[28]H u D Q, Zhuang S W, Ma Z Z, Dong X, Du G T, Zhang B L,Zhang Y T, Yin J Z 2017 J. Mater. Sci.- Mater. Electron. 2810997[29]C heng Y, Yang K, Peng Y, Yin Y, Chen J X, Jing B, Liang H W, Du G T 2013 J. Mater. Sci.-Mater. Electron. 24 5122[30]M a T Y, Li W J, He X W, Hu H, Huang L J, Zhang H,Xiong Y Q, Li H L, Ye L J, Kong C Y 2020 Acta Phys. Sin.69 108102 (in Chinese) [马腾宇, 李万俊, 何先旺, 胡慧, 黄利娟,张红, 熊元强, 李泓霖, 叶利娟, 孔春阳 2020 物理学报 69108102][31]Characteristics of Ga 2O 3 epitaxial films on seedlayer grown by magnetron sputtering *Hong Zi -Fan Chen Hai -Feng † Jia Yi -Fan Qi Qi Liu Ying -YingGuo Li -Xin Liu Xiang -Tai Lu Qin Li Li -Jun Wang Shao -Qing Guan Yun -He Hu Qi -Ren(Key Laboratory of Advanced Semiconductor Devices and Materials , School of Electronic Engineering ,Xi'an University of Posts &Telecommunications , Xi'an 710121, China )( Received 29 May 2020; revised manuscript received 4 July 2020 )Abstract(¯201)Gallium oxide (Ga 2O 3) thin films have great potential applications in UV detectors and power devices; thepreparation of high-quality films still needs further studying. In this paper, the Ga 2O 3 epitaxial thin films are grown by physical sputtering on the seed layer under different power conditions, and the growth mechanism of Ga 2O 3 epitaxial films are investigated. The introduction of a seed layer provides an artificial nucleation point,which effectively alleviates the lattice mismatch between sapphire substrate and Ga 2O 3 epitaxial films. thereby improving the quality of the epitaxial layer significantly. Through experiments, it is found that as the power of the epitaxial layer film increases during the growth, the crystal grains agglomerate to a certain size and crack.This physical phenomenon is attributed to the fact that the energy carried by sputtered particles is too large under the condition of high power, which leads the number of particle collisions to increase when they diffuse on the growing crystal surface. The X-ray diffraction, atomic force microscope, field emission scanning electron microscope, ultraviolet spectrophotometer, and photo-luminescence spectrum are used to characterize the structure, morphology, and optical properties of the deposited Ga 2O 3 thin film. The results show that theepitaxial films are b -Ga 2O 3 with orientation, and the thickness values of thin films are between 202.4and 292.3 nm. Comparing with the Ga 2O 3 thin films grown directly on sapphire, the surface particle sizeincreases significantly and the crystal quality is improved greatly under the condition of seed layer. The surface roughness is still maintained at a lower value reaching the device preparation standard. All Ga 2O 3 epitaxial films show that they have the high transmittance of about 90% in the visible light region (450－800 nm) and drop sharply at 350－400 nm. As the power increases, the absorption edge is blue-shifted and then red-shifted.The estimated band gap is about 4.81－4.96 eV. The PL spectra show that thin films produce blue emission only at 460 nm. It is found that the Ga 2O 3 films grown on seed layer at a sputtering power of 160 W have the excellent crystal quality. The results should be helpful in implementing the controllable preparation of high-quality b -Ga 2O 3 thin films in the future.Keywords: b -Ga2 O3, epitaxy, wide band-gap semiconductor, magnetron sputteringPACS: 81.15.–z, 81.10.–h, 81.70.–q, 78.20.–e DOI: 10.7498/aps.69.20200810* Project supported by the Natural Science Basic Research Program of Shaanxi Province, China (Grant No. 2020JM-581).† Corresponding author. E-mail: chenhaifeng @。

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》范文

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》篇一Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化一、引言随着科技的发展，紫外（UV）透明导电氧化物（TCO）薄膜在光电器件中的应用日益广泛。

氧化镓（Ga2O3）作为一种重要的TCO材料，其光电性能的优化对于提升器件性能具有重要意义。

本文旨在探讨Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化，通过引入金属层，提高薄膜的光电性能。

二、Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的制备本实验采用溶胶-凝胶法结合磁控溅射技术制备Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜。

首先，在清洁的玻璃基底上制备一层氧化镓（Ga2O3）薄膜，然后通过磁控溅射技术将金属层引入，最后再制备一层氧化镓薄膜，形成叠层结构。

三、光电性能的优化策略为了优化Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能，我们采用了以下策略：1. 选择合适的金属材料：通过引入导电性能良好的金属材料，提高叠层薄膜的导电性能。

2. 优化金属层的厚度：通过调整金属层的厚度，实现薄膜的光电性能与透明度的平衡。

3. 改善薄膜的微观结构：通过控制制备过程中的温度、压力等参数，优化薄膜的微观结构，提高其光电性能。

四、实验结果与讨论1. 实验结果通过实验，我们得到了不同金属层厚度下的Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能数据。

实验结果表明，引入金属层后，薄膜的导电性能得到了显著提高。

同时，我们还发现，在一定的金属层厚度范围内，薄膜的光电性能和透明度之间存在平衡点。

2. 结果讨论（1）金属材料的选择对光电性能的影响：选择导电性能良好的金属材料，如银（Ag）、金（Au）等，可以有效提高叠层薄膜的导电性能。

然而，不同金属材料的引入对薄膜的光学性能和稳定性也可能产生影响，需要综合考虑。

（2）金属层厚度对光电性能的影响：金属层的厚度是影响光电性能的关键因素之一。

《2024年Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》范文

《Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化》篇一Ga2O3-金属-Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的光电性能优化摘要：本文旨在探讨通过Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜的结构设计与制备过程，实现对光电性能的优化。

研究内容主要包括叠层结构的构成与优势，光电性能指标如光透过率、光电导率及可见光区的光谱响应的改善情况，并讨论了相关实验方法和实验结果。

本文展示了Ga2O3/金属/Ga2O3叠层薄膜在光电器件中的潜在应用前景。

一、引言近年来，随着科技的发展，对高性能的紫外（UV）透射导电氧化物（TCO）薄膜的需求日益增长。

其中，氧化镓（Ga2O3）因其优异的物理和化学性质，在紫外光电器件中具有广泛的应用前景。

本文提出了一种Ga2O3/金属/Ga2O3叠层UV-TCO薄膜结构，旨在通过优化结构与制备工艺，提高其光电性能。

二、Ga2O3/金属/Ga2O3叠层结构的设计与优势Ga2O3/金属/Ga2O3叠层结构由两层Ga2O3和一层金属组成。

这种结构设计利用了Ga2O3的优良光学和电学性能，以及金属的高导电性。

该结构不仅可以提高光透过率，还可以提高光电导率，从而增强紫外光电器件的性能。

三、实验方法与制备过程1. 材料选择：选用高质量的Ga2O3和金属材料作为制备叠层薄膜的原材料。

2. 制备工艺：采用磁控溅射法、脉冲激光沉积法等工艺制备叠层薄膜。

3. 薄膜表征：采用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对薄膜的结构和形貌进行表征。

四、光电性能优化与改善1. 光透过率：通过优化Ga2O3的厚度和金属层的结构，提高了薄膜的光透过率。

实验结果表明，在紫外光区，叠层薄膜的光透过率得到了显著提高。

2. 光电导率：通过引入金属层，提高了薄膜的导电性。

金属层的引入使得电子能够更容易地在薄膜中传输，从而提高了光电导率。

3. 可见光区的光谱响应：通过调整叠层结构的组成和厚度，改善了可见光区的光谱响应。

使得薄膜在可见光区的光谱响应更加均匀，提高了光电器件的响应速度和灵敏度。

Ga2O3材料制备方法的研究进展

Ga2O3材料制备方法的研究进展摘要：作为一种新兴的超宽带隙半导体，氧化镓（GaO3）受到了广泛的关注。

高质量的块状晶体和2薄膜是结构、电学和光学特性的基础研究和进一步器件制造的起点，为了实现高性能的Ga2O3基器件，必须通过控制载流子密度、缺陷密度和界面密度来制备高质量的Ga2O3薄膜和单晶。

在本文中，我们将简要概述大块单晶合成以及不同外延生长技术的特性和研究进展，并指出了目前研究中存在的困难和挑战。

1引言氧化镓（Ga2O3）被用作透明导电氧化物（TCO），直到最近才被研究为一种新兴的超宽带隙（UWBG）半导体，室温带隙为4.5–4.9 eV，大于对应的SiC（~3.2 eV）和GaN（~3.4 eV）。

它具有优异的化学和热稳定性，最高可达1400℃由于带隙非常大，它的击穿场强约为6-8 MVcm-1，并且在深紫外（UV）和可见波长区域中具有很高的透明度。

在过去的十年中，由于大量高质量大块晶体以及薄膜的生长，激发了大量的研究工作，将Ga2O3用于大功率电子器件和日盲光电探测器。

高质量的块状晶体和薄膜是结构、电学和光学特性的基础研究和进一步器件制造的起点。

本节将简要介绍大块单晶和不同外延薄膜生长技术的研究进展。

对于β-Ga2O3大块单晶的生长，采用了多种技术，包括焰熔法（Verneuil）、光学浮区法（OFZ）、柴可拉斯基法（Czochralski）、垂直布里奇曼法（Vertical Bridgman）和导模法（EFG）。

Chase和Lorenz等人使用焰熔法进行了早期生长Ga2O3大块晶体的试验。

在室温下，焰熔法获得的最大尺寸为20×8×2 mm3，霍尔迁移率约为100 cm2/V s，由于生长过程中产生的高机械应力和获得的尺寸有限，目前仅采用焰熔法生长β-Ga2O3。

OFZ法在生长β-Ga2O3晶体中的应用最早是由Víllora等人提出的，在2004年实现了衬底级晶体的生长(约1英寸)。

Si基扩镓溅射Ga2O3反应自组装GaN薄膜

文献标识码：Ａ文章编号：６２０３（０７０－０１０１７－０２２０）２０４— ５中图分类号：Ｎ３４Ｔ０
作为第三代半导体材料的代表，ａＧＮ和其它 Ⅲ族氮化物是近年来光电子材料领域研究的热点。ＧＮａ具有３４ｅ．Ｖ宽直接带隙、电子漂移饱和速度高、电常数小、电性能好等特点，介导被广泛地应用于制作各
１实验方法
实验前首先利用高温扩散炉在ｓ基上扩一层Ｇ作为籽晶。为了进行比较，ｉａ实验采用预沉积
４ｉ和预沉积４ｉ后再分布２ｈ的扩Ｇ０ｒｎａ０ｒｎａａ硅基作为衬底，两步生长模式来生长ＧＮ薄膜，别记为用ａ分
品进行组成、结构、形貌和发光特性的分析。测试结果表明：采用此方法得到六方纤锌矿结构的ＧＮ薄膜。同ａ时显示预沉积的扩镓硅基较预沉积后再分布的扩镓硅基更适合ＧＮ薄膜的生长。ａ关键词：ａ０薄膜；ａＧ２３ＧＮ薄膜；射频磁控溅射
孙振翠，原所佳，孙海波
（东交通学院数理系，山山东济南２０２）５０３
摘要：采用射频磁控溅射工艺在预沉积和预沉积后再分布的扩镓ｓ基上溅射Ｇ２，ｉａ薄膜氮化反应组装ＧＮ薄０ａ
膜。用红外透射谱（ｒ）Ｘ射线衍射（Ｒ）扫描电镜（Ｅ、区电子衍射（ＡＤ和荧光光谱（Ｌ对样ＦＩ、ＲＸＤ、ＳＭ）选ＳＥ）Ｐ）
维普资讯
４２
山东交通学院学报
２００７年６月

《2024年氢气等离子体处理Ga2O3及Ce掺杂Ga2O3薄膜的光电特性研究》范文

《氢气等离子体处理Ga2O3及Ce掺杂Ga2O3薄膜的光电特性研究》篇一一、引言近年来，随着科学技术的不断进步，氧化物半导体材料在电子器件、光电器件以及能源转换领域中扮演着越来越重要的角色。

其中，氧化镓（Ga2O3）因其良好的物理和化学稳定性、高光学透过率以及优异的电学性能，受到了广泛关注。

特别是Ce掺杂的Ga2O3薄膜，因其具有独特的电子结构和光学性质，在光电器件领域具有潜在的应用价值。

本文通过氢气等离子体处理Ga2O3及Ce掺杂的Ga2O3薄膜，对其光电特性进行了深入研究。

二、实验方法1. 材料制备本实验采用溶胶-凝胶法制备了Ga2O3及Ce掺杂的Ga2O3薄膜。

通过控制掺杂浓度和热处理条件，得到了不同掺杂比例的薄膜样品。

2. 氢气等离子体处理将制备好的薄膜样品置于氢气等离子体环境中进行处理，通过改变处理时间和氢气流量，探究不同处理条件对薄膜光电特性的影响。

三、结果与讨论1. 结构分析通过X射线衍射（XRD）分析，我们发现经过氢气等离子体处理的Ga2O3及Ce掺杂的Ga2O3薄膜均具有良好的结晶性，且晶格结构未发生明显变化。

2. 光学特性分析（1）吸收光谱：经过氢气等离子体处理的薄膜样品在可见光区域的吸收边发生红移，表明其光学带隙有所减小。

（2）透射率：处理后的薄膜在可见光区域的透射率有所提高，特别是在近紫外区域更为明显。

3. 电学特性分析（1）电导率：经过氢气等离子体处理后，Ga2O3及Ce掺杂的Ga2O3薄膜的电导率均有所提高。

尤其是Ce掺杂的薄膜，其电导率提高更为显著。

（2）载流子浓度：氢气等离子体处理后，薄膜中的载流子浓度增加，这可能是由于氢气等离子体引入了额外的电子或空穴。

4. 光电效应分析（1）光电流：在光照条件下，经过氢气等离子体处理的Ga2O3及Ce掺杂的Ga2O3薄膜的光电流均有显著提高。

其中，Ce掺杂的薄膜光电流增加更为明显，表明其光响应性能得到改善。

（2）光电转换效率：通过测量不同光照强度下的光电流和电压，计算得到的光电转换效率表明，氢气等离子体处理可以有效提高Ga2O3及Ce掺杂的Ga2O3薄膜的光电转换效率。