β-Ga2O3 MOSFETs on the Si substrate fabricated by the ion-cutting process

β-Ga2O3 MOSFETs are demonstrated on heterogeneous Ga2O3-Al2O3-Si(GaOISi)substrate fabricated by ion-cutting process.Enhancement(E)-and depletion(D)-modeβ-Ga2O3 transistors are realized on by varying the channel thickness(Tch).E-mode GaOISi transistor with a Tchof 15 nm achieves a high threshold voltage VTHof^8 V.With the same T increase,GaOISi transistors demonstrate more stable ON-current IONand OFF-current IOFFperformance compared to the reported devices on bulk Ga2O3 wafer.Transistors on GaOISi achieve the breakdown voltage of 522 and 391 V at 25°C and 200°C,respectively.

外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga_2O_3纳米线及其特性研究

利用外电场辅助化学气相沉积(CVD)方法,在蓝宝石衬底上制备出了由三组生长方向构成的网格状β-Ga_2O_3纳米线.研究了不同外加电压大小对β-Ga_2O_3纳米线表面形貌、晶体结构以及光学特性的影响.结果表明:外加电压的大小对样品的表面形貌有着非常大的影响,有外加电场作用时生长的β-Ga_2O_3纳米线取向性开始变好,只出现了由三组不同生长方向构成的网格状β-Ga_2O_3纳米线;并且随着外加电压的增加,纳米线分布变得更加密集、长度明显增长.此外,采用这种外电场辅助的CVD方法可以明显改善样品的结晶和光学质量.

β-Ga_2O_3单晶浮区法生长及其光学性质

用浮区法生长得到了宽禁带半导体材料β-Ga2O3单晶,对其吸收光谱、荧光光谱进行了分析。解释了禁带部分展宽的原因。并研究了Sn4+和Ti4+的掺杂对其紫外吸收边影响。-βGa2O3单晶的荧光谱不仅观察到了3个特征峰:紫外光(395nm)、蓝光(471nm)、绿光(559nm),还观察到了在277和297nm的紫外光和692nm的红光荧光发射。

Ti掺杂β-Ga_2O_3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Ti掺杂β-Ga2O3系统的电子结构和光学性质。计算结果表明,Ti替代八面体的Ga(2)时系统形成能最低,容易在实验上合成;Ti掺杂在导带底附近引入了浅施主能级,极大地提高了β-Ga2O3系统的导电性。Ti掺杂时稳定体系倾向于自旋极化态,且费米面处自旋极化率接近100%。光学性质的计算结果显示,Ti掺杂β-Ga2O3是极具潜力的n型紫外透明的半导体。

β-Ga_2O_3薄膜的分子束外延生长及其紫外光敏特性研究

采用分子束外延(MBE)方法在Al2O3(0001)基片上生长了β-Ga2O3薄膜,利用XRD、SEM和AFM对薄膜的结构和形貌特性进行了表征。制作了基于β-Ga2O3薄膜的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器并对其进行了电学特性测试,结果表明:在20 V偏压下,器件的暗电流为8 nA;在波长为254 nm、光照强度为13×10–6W/cm2的紫外光照射下,器件的光电流为624 nA;器件的光电流与暗电流比值为78,光响应度达360 A/W,表现出明显的日盲紫外光响应特性。

超宽禁带半导体β-Ga2O3单晶生长突破2英寸

氧化镓（β—Ga2O3）单品是一种第四代超宽禁带氧化物半导体，其禁带宽度为4．8～4．9eV，具有独特的紫外透过特性（吸收截止边～260nm）；击穿电场强度高达8MV／cm，是si的近27倍、SiC及GaN的2倍以上，巴利加优值分别是SiC、GaN的10倍、4倍以上.

β-Ga_2O_3及Cr掺杂β-Ga_2O_3电子结构的第一性原理计算

运用第一性原理密度泛函理论(DFT)计算了不同交换关联势下单斜晶系β-Ga2O3的总能量、晶格常数、总态密度、分波态密度及能带结构。理论计算结果表明:单斜晶系β-Ga2O3在局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)下的晶格常数和带隙与实验值基本相符,其中LDA近似得到的晶格常数与实验值更接近;β-Ga2O3比六方晶系结构的α-Ga2O3更加稳定,但带隙比α-Ga2O3略小;Cr掺杂导致β-Ga2O3禁带宽度变小,费米能级处的态密度不为零,即变为半金属。

β-Ga_2O_3掺Al的电子结构与能带特性研究

采用第一性原理的平面波超软赝势方法,对β-Ga2O3掺Al的AlxGa2-xO3(x=0,0.5,1,1.5,2)合金进行结构优化、电子态密度和能带特性的研究。结果显示,AlxGa2-xO3为间接宽能隙材料,能隙是由导带底Ga 4s态和价带顶O 2p态共同决定,其弯曲系数分别为0.452eV(直接)和0.373eV(间接)。当增大Al的掺杂量,AlxGa2-xO3的体积变小,总能量升高,能隙逐渐增大,这与实验结果相一致。

Cu掺杂β-Ga_2O_3电子结构和磁学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,结合广义梯度近似研究了Cu掺杂β-Ga2O3系统的磁学特性。计算结果表明,单Cu的掺杂,稳定体系倾向于自旋极化态,且Cu替代八面体的Ga(B)时系统更稳定,容易在实验上形成;Cu掺杂β-Ga2O3呈现出半金属特性,Cu的掺杂引入了2.0μB磁矩,其中局域在Cu原子上的磁矩为0.45μB,其余主要来自于Cu杂质周围的氧原子。由于电荷补偿效应,在Cu掺杂β-Ga2O3系统中引入氧空位时,体系磁矩减小到零。在2个Cu取代Ga的10种构型中,A1-B3构型的能量最低,且显示出铁磁性,磁矩为3.8μB。考虑氧空位后,A1-B3构型的反铁磁性和铁磁性能量差增大,磁矩减小到1.0μB。

Bi_2O_3-Ga_2O_3-CdO系统玻璃的Raman光谱和X射线光电子能谱研究

用X射线光电子能谱和Raman光谱研究了Bi2 O3-Ga2 O3-CdO系统玻璃的结构 .Raman光谱曲线被分离成 6个谱带 ,4条谱带分属于不同键长的Bi—O振动 ,一条谱带属于Ga—O振动 .Bi2 O3-Ga2 O3 二元系统玻璃的Raman散射最强峰位于 40 0～ 42 0cm- 1 ,当Ga3 + 离子被Cd2 + 离子取代后 ,Raman散射最强峰移向 5 95～ 6 30cm- 1 .随着Ga2 O3 含量的增加 ,位于高波数属于Bi—O振动的 2条谱带强度降低并朝低波数移动 ;位于低波数属于Bi—O振动的 2条谱带强度增加并朝高波数移动 ,添加CdO则出现相反的效应 .X射线光电子能谱显示出非常低的O1s电子结合能 ,甚至低于碱硅酸盐玻璃中非桥氧的O1s电子结合能 ,并且不可能分为桥氧和非桥氧 ,O1s和Bi4f的电子结合能都随Ga2 O3

Mg单原子替位掺杂β-Ga_2O_3的电子结构和光学性质计算研究

宽禁带半导体β-Ga2O3因其出色的物理化学性能而备受关注,通过掺杂改善β-Ga2O3性能一直是研究的热点。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,利用广义梯度近似加U对Mg单原子掺杂β-Ga2O3体系的晶体结构、电子结构和光学性质等进行了研究和分析。总能量和结合能的对比显示:单原子替位掺杂β-Ga2O3时,Mg优先替代八面体位的Ga原子形成Mg-GaO体系。电子结构显示,Mg-GaO体系变为间接半导体,带隙变窄为4.672eV;其自旋极化率为100%,呈现半金属特性。作为光学材料,Mg-GaO体系可在紫外、深紫外区域工作,并且折射率、反射率和吸收率有所降低,透射率明显提高。

用于低温浆态床二甲醚水蒸气重整制氢的水解组分γ-Ga_2O_3的制备与表征

以有机溶剂均匀沉淀法制备了镓的氧化物,借助XRD、NH_3-TPD、TEM和BET等手段对物相结构、表面性质等进行了表征。结果表明,制备过程中得到的前驱体为GaOOH,前驱体经500℃热处理后得到γ-Ga_2O_3。γ-Ga_2O_3的晶格类型与γ-Al_2O_3相似,为有阳离子缺陷的立方尖晶石结构。表面具有酸量较大的中强酸中心,而弱酸中心含量相对较少。微观上大多为厚10 nm、直径100 nm左右的二维纳米片,大部分纳米片分布于一个方向,一些组成花瓣形。将制得的γ-Ga_2O_3用于DME水解反应,结果表明,270℃下DME的转化率可达24%,接近平衡转化率,反应后催化剂的织构性质没有显著变化,比表面积仍可达到130 m2/g。将γ-Ga_2O_3与Cu基催化剂复合后用于270℃下的低温浆态床DME水蒸气重整反应,DME转化率和H_2选择性高达99%和68%,经200 h反应后催化剂仍能保持95%以上的活性,表现出良好的工业化应用前景。

导模法生长大尺寸高质量β-Ga2O3单晶

以高纯Ga2O3为原料,使用自主设计的单晶生长炉,采用导模（EFG）法生长了2英寸（1英寸=2.54 cm）未掺杂的高质量β-Ga2O3单晶。研究了保护气氛对抑制Ga2O3原料高温分解速率的影响,对制备的β-Ga2O3单晶的晶体质量、位错和光学性能进行了测试和表征。结果表明,CO2保护气氛能够极大地抑制Ga2O3材料的高温分解,当CO2生长气压为1.5×105Pa时,Ga2O3的平均分解速率低于1 g/h。（100）面β-Ga2O3单晶的X射线衍射（XRD）摇摆曲线测试结果表明,其半高宽低至29 arcsec,表明晶体具有较高的质量;对晶体（100）面进行了位错腐蚀,结果显示其位错密度较低,约为4.9×10^4cm^-2;傅里叶变换红外光谱仪测试结果显示,β-Ga2O3单晶在紫外、可见光透过率达到80%以上。

β-Ga_2O_3∶Dy^(3+)荧光粉的快速制备及光学性能研究

本文用快速微波水热加煅烧的工艺制备了不同Dy3+掺杂浓度的棒状β-Ga2O3∶Dy3+蓝/黄荧光粉。XRD和SEM分析表明Dy3+的掺入使样品的结晶度降低但未对其形貌产生影响。光致发光测试结果表明,β-Ga2O3∶Dy3+的发射峰位于492 nm和580 nm;并且随着Dy3+掺杂量的变化,样品的发射峰强度和蓝光/黄光发射强度比例发生了变化;在Dy3+掺杂量为3mol%时,样品的发射强度达到最大值,蓝光/黄光发射强度比例为59.29%/40.71%。另外,简要分析了GaOOH的生长机理和Dy3+在GaOOH∶Dy3+及β-Ga2O3∶Dy3+中的掺杂机理。

水热法制备Eu^(3+)掺杂β-Ga_2O_3粉体的结构及性能

采用水热法制备了Eu3+掺杂的β-Ga2O3粉体,利用X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和发光光谱等测试手段对其物相、形貌和发光性能等进行了研究。结果表明:所得样品为单斜晶系的β-Ga2O3;在波长为325 nm的He-Cd激光器激发下,发射光谱的最强峰位于612 nm,属于Eu3+的5D0→7F2电偶极跃迁;在模拟太阳光照射下,样品对甲基橙具有较高的光催化降解率,经过2 h后,甲基橙的降解率可达到75%。

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.

掺杂稀土Tb的β-Ga_2O_3纳米纤维的结构及其光致发光研究

采用电纺丝法制备了铽(Tb)掺杂的氧化镓(Ga2O3)纳米纤维,并用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和光致发光谱(PL)对其进行了一系列的表征。结果表明,900℃退火的纳米纤维尺寸约为100nm,晶体结构是β相的Ga2O3,Tb离子5D4-7F5跃迁对应的550nm绿光发射最强。在稀土掺杂的纳米纤维的光致发光谱中没有发现β-Ga2O3缺陷能级的发光,用能量传递理论解释了这一现象。

大尺寸β-Ga2O3晶片的机械剥离及性能

针对β—Ga2O3单晶易解理的特性，研究了晶体形状对其（100）主解理面的机械剥离影响。结果表明，棱角较为平缓的体单晶机械剥离时容易出现碎裂，而棱角尖锐的体单晶极易实现机械剥离，并且成功剥离出尺寸大于30mm×10mm的β-Ga2O3单晶片。测试了剥离的β-Ga2O3单晶片微观形貌、表面粗糙度、晶体质量以及位错。结果显示，剥离的β-Ga2O3单晶片具有高的表面质量；原子力显微镜（AFM）测试表明，晶片整体表面粗糙度小于1nm，存在0．5～1nm厚的原子台阶；晶片X射线衍射（XRD）摇摆曲线测试显示，其半高宽（FWHM）值低至50arc-sec，表明晶体具有较高的质量；对晶片进行位错腐蚀，结果显示制备的β-Ga2O3晶片具有较低的位错密度，约为6×10^4cm^-2。

β-Ga_2O_3单晶腐蚀坑形貌研究

详细介绍了(100)、(010)和(■01)三种不同晶面的β-Ga_2O_3单晶腐蚀坑形貌状态及不同形貌的演变过程。所用β-Ga_2O_3单晶样品均为导模法(EFG)制备,且经过研磨、化学机械抛光(CMP),表面质量良好。以质量分数为85%的分析纯H_3PO_4溶液为腐蚀液,腐蚀时间为1.5 h,腐蚀温度为90℃时,(100)、(010)和(■01)晶面腐蚀坑密度分别约为6.9×10^(4 )cm^(-2)、2.3×10^(4 )cm^(-2)和7.7×10^(4 )cm^(-2)。通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察,结果表明(100)面腐蚀坑形状为非对称六边形,(010)面腐蚀坑形貌为菱形,(■01)面腐蚀坑形貌为倾斜的五边形,并确定了(100)面、(010)面、(■01)面的最终腐蚀坑状态,腐蚀坑的不同形状可能与不同晶向β-Ga_2O_3表面状态的耐化学腐蚀差异有关。

之字形β-Ga_2O_3纳米材料的合成和表征

采用溶剂热的方法,以NaN3和GaCl3做反应物,在二甲苯做溶剂的条件下,成功的合成了之字形β-Ga2O3纳米材料。利用XRD,TEM,SAED,EDS,HRTEM,PL和模型分别对之字形β-Ga2O3纳米材料的形貌和结构进行了分析。结果表明,之字形β-Ga2O3纳米材料是良好的单晶,沿着[10 3]方向子自堆垛生长。另外光致发光光谱也显示之字形β-Ga2O3纳米材料在370 nm处有很强的发射峰,并且发生了几十纳米的蓝移。