Sm2O3薄膜異質(zhì)結(jié)的性能及其在紫外光電探測(cè)方面的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著紫外探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，紫外探測(cè)器越來(lái)越受到人們的重視。用以制備紫外光電探測(cè)器的材料也由第一代半導(dǎo)體材料Si、Ge，第二代半導(dǎo)體材料GaAs、GaP、InAs，逐漸變化為第三代半導(dǎo)體材料SiC、GaN、ZnO等。盡管第三代半導(dǎo)體材料相對(duì)具有禁帶寬度大、介電常數(shù)小、電子飽和漂移速度大等優(yōu)點(diǎn)，但由于晶格失配、帶寬限制、優(yōu)質(zhì)薄膜獲取困難等原因，在作為紫外探測(cè)材料方面還不能完全盡如人意，有待于新的探測(cè)材料的發(fā)現(xiàn)。
　　稀土氧化物由于具有高

2、的介電常數(shù)、大的禁帶寬度、好的化學(xué)穩(wěn)定性，近來(lái)在光電器件、電子開關(guān)、存儲(chǔ)器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。Sm2O3光電薄膜材料是最近比較熱門的Ln系氧化物中的一種，其電學(xué)特性、光學(xué)特性等得到了廣泛的研究，特別是其介電常數(shù)較大，更適合取代SiO2作為晶體管的絕緣柵極。但其在紫外探測(cè)方面的應(yīng)用，目前的報(bào)道還不多見。本論文的研究意義在于尋找一種新的用于紫外探測(cè)器的材料，初步研究該材料對(duì)紫外光的響應(yīng)能力。
　　本論文采用溶膠-凝膠法和射頻磁控濺

3、射技術(shù)在Si和石英玻璃襯底上沉積Sm2O3薄膜，對(duì)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了表征，制備了Sm2O3/n-Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)，對(duì)它的光學(xué)和電學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容分為以下三個(gè)部分進(jìn)行說(shuō)明：
　　1.采用溶膠-凝膠法在n-Si襯底上制備了Sm2O3薄膜，探索了薄膜制備時(shí)旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速，退火溫度等。對(duì)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能進(jìn)行了表征。隨后制備了Sm2O3/n-Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并對(duì)該異質(zhì)結(jié)的光電性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該異質(zhì)結(jié)對(duì)紫外光有較

4、強(qiáng)烈的響應(yīng)，響應(yīng)的強(qiáng)度跟膜厚（旋涂次數(shù)）有關(guān)，并有整流現(xiàn)象的出現(xiàn)。并引入了安德森模型，結(jié)合異質(zhì)結(jié)界面的能帶結(jié)構(gòu)分析了整流現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及紫外光照下載流子的輸運(yùn)機(jī)制。
　　2.采用射頻磁控濺射技術(shù)在n-Si襯底上制備Sm2O3薄膜，探索了不同沉積因素（濺射氣壓、沉積溫度、濺射功率）對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和表面形貌的影響。通過(guò)對(duì)Sm2O3/n-Si異質(zhì)結(jié)的電學(xué)性能測(cè)量，發(fā)現(xiàn)該異質(zhì)結(jié)的整流特性隨Sm2O3的膜厚變化，并對(duì)不同膜厚下的電流傳導(dǎo)機(jī)制進(jìn)

5、行了分析，均屬于Fowler-Nordheim隧穿理論。在10~300 K溫度范圍內(nèi)，異質(zhì)結(jié)的整流方向一致，并隨著溫度的升高整流比變大。該異質(zhì)結(jié)對(duì)紫外光有迅速、穩(wěn)定的響應(yīng)，光照下有較大的整流比和開關(guān)比。
　　3.對(duì)利用射頻磁控濺射技術(shù)制備的Sm2O3/n-Si異質(zhì)結(jié)進(jìn)行封裝，測(cè)量了封裝后器件的紫外光電響應(yīng)。設(shè)計(jì)了相應(yīng)的外圍電路，經(jīng)電路板制備、元器件焊接、電路調(diào)試，該探測(cè)模塊能對(duì)紫外照射做出及時(shí)、穩(wěn)定的響應(yīng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，達(dá)