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Si掺杂对Ga_(2)O_(3)/BP异质结光电性能调控的第一性原理研究
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作者 李佳宏 郝增瑞 +2 位作者 薛瑞鑫 阚红梅 关玉琴 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第4期131-137,共7页
近年来,氧化镓(Ga_(2)O_(3))是新一代超宽禁带(4.9 eV)半导体,基于优越的热稳定和化学稳定性、高击穿场强和可见光透过率等优点,在日盲紫外探测器和透明光电器件领域中引起了广泛的关注.但是,Ga_(2)O_(3)基光电器件存在迁移率较低而限... 近年来,氧化镓(Ga_(2)O_(3))是新一代超宽禁带(4.9 eV)半导体,基于优越的热稳定和化学稳定性、高击穿场强和可见光透过率等优点,在日盲紫外探测器和透明光电器件领域中引起了广泛的关注.但是,Ga_(2)O_(3)基光电器件存在迁移率较低而限制其应用的现象,而构建合适的Ga_(2)O_(3)异质结是改善光电探测器的光电性能的有效手段之一.基于第一性原理构建β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结模型,研究了氧空位(Vo)和Si掺杂对β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结光电性质的调控以及相关机理.结果显示:β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结结构有效降低β-Ga_(2)O_(3)功函数,提高灵敏度,Si掺杂降低结合能,增强稳定性;β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结有效减小带隙,Si掺杂以及氧空位的存在,进一步减小带隙,增强光导电性,并且Si掺杂引起了光电导各向异性.此结果对改善Ga_(2)O_(3)基异质结光电性能提供理论参考. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3)/BP异质结 缺陷 光电性质 第一性原理
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β-Ga_(2)O_(3)的p型掺杂研究进展 被引量:1
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作者 何俊洁 矫淑杰 +3 位作者 聂伊尹 高世勇 王东博 王金忠 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期557-567,共11页
β-Ga_(2)O_(3)具有超宽禁带宽度、高击穿场强、较高的巴利加优值等优点使其成为一种新兴半导体材料,在高功率电子器件、气体传感器、日盲紫外探测器等方面有着极大的应用潜力,但p型掺杂难的问题成为了β-Ga_(2)O_(3)发展的巨大障碍。... β-Ga_(2)O_(3)具有超宽禁带宽度、高击穿场强、较高的巴利加优值等优点使其成为一种新兴半导体材料,在高功率电子器件、气体传感器、日盲紫外探测器等方面有着极大的应用潜力,但p型掺杂难的问题成为了β-Ga_(2)O_(3)发展的巨大障碍。本文首先简要概述了β-Ga_(2)O_(3)的优点,并介绍了其晶体结构和基本性质。其次,说明了β-Ga_(2)O_(3)的本征缺陷,尤其是氧空位对导电性能的影响。然后,详细讨论了β-Ga_(2)O_(3) p型掺杂的研究现状,包括p型掺杂困难的原因和N掺杂、Mg掺杂、Zn掺杂、其他受主元素掺杂、两种元素共掺杂以及其他方法。最后,总结并对β-Ga_(2)O_(3)未来的发展进行了展望。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) 本征缺陷 P型掺杂 宽禁带半导体 半导体
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基于机械剥离制备的PEDOT:PSS/β-Ga_(2)O_(3)微米片异质结紫外光电探测器研究
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作者 宜子琪 王彦明 +7 位作者 王硕 隋雪 石佳辉 杨壹涵 王德煜 冯秋菊 孙景昌 梁红伟 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期172-178,共7页
β-Ga_(2)O_(3)具有超宽带隙(约4.9 eV)、高的击穿电场(约8 MV/cm)、良好的化学稳定性和热稳定性等优点,是一种很有前途的制备紫外光电探测器的候选材料.由于未掺杂的β-Ga_(2)O_(3)为n型导电,所以制备p型β-Ga_(2)O_(3)面临很多困难,... β-Ga_(2)O_(3)具有超宽带隙(约4.9 eV)、高的击穿电场(约8 MV/cm)、良好的化学稳定性和热稳定性等优点,是一种很有前途的制备紫外光电探测器的候选材料.由于未掺杂的β-Ga_(2)O_(3)为n型导电,所以制备p型β-Ga_(2)O_(3)面临很多困难,从而制约了同质PN结的开发与应用.聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是一种p型导电聚合物,在250—700 nm有着较高的透明度,采用p型有机材料PEDOT:PSS和n型β-Ga_(2)O_(3)构成的异质结可能为PN结型光电器件的研制提供一种途径.本文利用机械剥离法从β-Ga_(2)O_(3)单晶衬底上剥离出单根β-Ga_(2)O_(3)微米片,微米片的长度为4 mm,宽度为500μm,厚度为57μm.将有机材料PEDOT:PSS涂覆在剥离出来的微米片的一侧制备出PEDOT:PSS/β-Ga_(2)O_(3)无机-有机异质结的紫外光电探测器,器件表现出典型的整流特性,而且发现器件对254 nm紫外光敏感,具有良好的自供电性能.该异质结紫外探测器的响应度和外量子效率分别为7.13 A/W和3484%,上升时间和下降时间分别为0.25 s和0.20 s.此外,3个月后器件对254 nm紫外光的探测性能并未发现明显的衰减现象.本文的相关研究工作将对研发新型紫外探测器提供了新的思路和理论基础. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) PEDoT:PSS 异质结 紫外光电探测器
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AlN/β-Ga_(2)O_(3)HEMT直流特性仿真
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作者 贺小敏 唐佩正 +4 位作者 张宏伟 张昭 胡继超 李群 蒲红斌 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第5期766-772,共7页
本文利用器件仿真软件对AlN/β-Ga_(2)O_(3)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的直流特性进行研究。由于AlN具有很强的极化效应,在AlN/β-Ga_(2)O_(3)异质结界面处产生高浓度二维电子气(2DEG),使AlN/β-Ga_(2)O_(3)异质结基HEMT具有更加优... 本文利用器件仿真软件对AlN/β-Ga_(2)O_(3)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的直流特性进行研究。由于AlN具有很强的极化效应,在AlN/β-Ga_(2)O_(3)异质结界面处产生高浓度二维电子气(2DEG),使AlN/β-Ga_(2)O_(3)异质结基HEMT具有更加优越的器件性能。理论计算得到AlN/β-Ga_(2)O_(3)异质结界面处产生的面电荷密度为2.75×10^(13) cm^(-2)。通过分析器件的能带结构、沟道电子浓度分布,研究AlN势垒层厚度、栅极长度、栅漏间距,以及金属功函数等参数对器件转移特性和输出特性的影响。结果表明:随着AlN势垒层厚度的增大,阈值电压减小,最大跨导减小,沟道电子浓度增大使饱和漏电流增大;随着栅极长度缩短,跨导增大,当栅极长度缩短至0.1μm时,器件出现了短沟道效应,并且随着栅极长度的缩短,栅下沟道区电子浓度增大,而电子速度基本不变,导致饱和漏电流增大,导通电阻减小,并且器件的饱和特性变差;随着栅漏间距的增大,跨导增大,沟道区电子浓度不变,而电子速度略有增加,导致饱和漏电流增大;肖特基栅金属功函数的增加会增大阈值电压,不会改变器件跨导,沟道电子浓度减小导致饱和漏电流减小。上述结论为后面的器件的优化改进提供了理论依据。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) ALN HEMT 阈值电压 跨导 饱和漏电流
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基于第一性原理GGA+U方法研究Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)电子结构和光电性质
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作者 张英楠 张敏 +1 位作者 张派 胡文博 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期296-305,共10页
采用基于密度泛函理论的GGA+U方法,计算了本征和Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)的形成能、能带结构、态密度、差分电荷密度和光电性质.结果表明,Si取代四面体Ga(1)更容易实验合成,得到的β-Ga_(2)O_(3)带隙和Ga-3d态峰值与实验结果吻合较好,且贫... 采用基于密度泛函理论的GGA+U方法,计算了本征和Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)的形成能、能带结构、态密度、差分电荷密度和光电性质.结果表明,Si取代四面体Ga(1)更容易实验合成,得到的β-Ga_(2)O_(3)带隙和Ga-3d态峰值与实验结果吻合较好,且贫氧条件下更倾向于获得有效掺杂.Si掺杂后,总能带向低能端移动,费米能级进入导带,呈现n型导电性;Si-3s轨道电子占据导带底,电子公有化程度加强,电导率明显改善.随着Si掺杂浓度的增加,介电函数ε_(2)(ω)的结果表明,激发导电电子的能力先增强后减弱,与电导率的量化分析结果一致.光学带隙增大,吸收带边上升速度减慢;吸收光谱结果显示Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)具有较强的深紫外光电探测能力.计算结果将为下一步Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)实验研究和器件设计的创新及优化提供理论参考. 展开更多
关键词 GGA+U方法 Si掺杂β-ga_(2)o_(3) 电子结构 光电性质
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AlN/β-Ga_(2)O_(3)HEMT频率特性仿真研究
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作者 贺小敏 唐佩正 +3 位作者 刘若琪 宋欣洋 胡继超 苏汉 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第8期1361-1368,共8页
器件的频率特性影响较为复杂,本文利用Sentaurus TCAD研究了AlN势垒层厚度、栅长、栅漏间距和功函数对AlN/β-Ga_(2)O_(3)高电子迁移率晶体管(HEMT)频率特性的影响,得到以下结论:随着AlN势垒层厚度从10 nm增加到25 nm,截止频率(f_(T))... 器件的频率特性影响较为复杂,本文利用Sentaurus TCAD研究了AlN势垒层厚度、栅长、栅漏间距和功函数对AlN/β-Ga_(2)O_(3)高电子迁移率晶体管(HEMT)频率特性的影响,得到以下结论:随着AlN势垒层厚度从10 nm增加到25 nm,截止频率(f_(T))和最高振荡频率(f_(max))分别增加了18和17 GHz,栅电容减小是f_(T)增加的主要原因,同时研究表明势垒层厚度减小有利于增强栅极对沟道电子的控制。栅长从0.9μm减小到0.1μm,f_(T)和f_(max)分别增加了84和98 GHz,其对频率特性的影响远远超过了势垒层厚度;栅长小于0.1μm时,发生短沟道效应。栅漏间距增大时,f_(T)微弱减小,在源电阻和f_(T)共同减小作用下,器件仅在栅源电压(V_(GS))大于-1.2 V时,f_(max)与f_(T)的变化趋势相同。功函数几乎不会影响器件的f_(T)和f_(max),但是功函数的增加改善了器件的夹断特性。本文研究表明,在栅长缩短的同时,增加AlN势垒层厚度、栅漏间距和功函数可以在提高频率特性的同时改善器件的夹断特性,对AlN/β-Ga_(2)O_(3) HEMT器件的设计有一定的指导意义。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) ALN HEMT 截止频率 最高振荡频率
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Al掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜光学性质的影响研究
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作者 钟琼丽 王绪 +1 位作者 马奎 杨发顺 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第8期1352-1360,共9页
近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_... 近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)复合结构,经高温退火使Al原子热扩散进入薄膜中,形成Al掺杂的β-Ga_(2)O_(3)薄膜。采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶,进一步提升掺杂质量。对Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体性质、杂质含量及光学性质进行了测试表征。结果表明:Al掺杂不改变β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体结构;随着Al层溅射时间延长,掺杂含量逐渐增加;当Al溅射时间为5和10 s时,薄膜紫外吸收率分别为40%和50%;随着Al溅射时间的增加,Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜紫外区域光吸收率逐渐增强,Al溅射时间为300 s时,β-Ga_(2)O_(3)薄膜的光吸收率接近90%;低浓度的Al掺杂会导致β-Ga_(2)O_(3)薄膜的禁带宽度变窄。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3)薄膜 AL掺杂 磁控溅射 Ga_(2)o_(3)/Al/Ga_(2)o_(3)/Al/Ga_(2)o_(3)复合结构 光吸收 光学带隙
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p-Si/n-Ga_(2)O_(3)异质结制备与特性研究
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作者 陈沛然 焦腾 +6 位作者 陈威 党新明 刁肇悌 李政达 韩宇 于含 董鑫 《人工晶体学报》 北大核心 2024年第1期73-81,共9页
本实验采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,在p(111)型Si衬底上制备了p-Si/n-Ga_(2)O_(3)结构的PN结。通过X射线衍射仪、原子力显微镜等对样品进行了晶体结构、表面形貌、表面粗糙度等的表征分析;通过磁控溅射与蒸镀方法在样品上生长T... 本实验采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,在p(111)型Si衬底上制备了p-Si/n-Ga_(2)O_(3)结构的PN结。通过X射线衍射仪、原子力显微镜等对样品进行了晶体结构、表面形貌、表面粗糙度等的表征分析;通过磁控溅射与蒸镀方法在样品上生长Ti/Au电极并进行I-V特性曲线、开启电压、开关电流比、反向饱和电流、理想因子、零偏压下的势垒高度等结特性测试,研究了掺杂浓度与薄膜厚度对PN结特性的影响,并对其原因进行了分析;通过二步生长法和缓冲层温度优化实验,减少了Si衬底与β-Ga_(2)O_(3)之间的晶格失配与热失配带来的影响,对薄膜与器件特性进行了优化。最终获得了表面粗糙度最低可达到4.21 nm的高质量n型β-Ga_(2)O_(3)薄膜,以及具有较低理想因子(42.1)的PN结。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3)薄膜 金属有机化学气相沉积 p-Si/n-ga_(2)o_(3) PN结 晶体质量 电学特性
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Growth process,defects,and dopants of bulk β-Ga_(2)O_(3) semiconductor single crystals
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作者 Yan-shen Wang Ming-zhi Zhu Yuan Liu 《China Foundry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期491-506,共16页
β-gallium oxide(β-Ga2O3),as the typical representative of the fourth generation of semiconductors,has attracted increasing attention owing to its ultra-wide bandgap,superior optical properties,and excellent toleranc... β-gallium oxide(β-Ga2O3),as the typical representative of the fourth generation of semiconductors,has attracted increasing attention owing to its ultra-wide bandgap,superior optical properties,and excellent tolerance to high temperature and radiation.Compared to the single crystals of other semiconductors,high-quality and large-size β-Ga_(2)O_(3) single crystals can be grown with low-cost melting methods,making them highly competitive.In this review,the growth process,defects,and dopants ofβ-Ga_(2)O_(3) are primarily discussed.Firstly,the growth process(e.g.,decomposition,crucible corrosion,spiral growth,and development)ofβ-Ga_(2)O_(3) single crystals are summarized and compared in detail.Then,the defects of β-Ga_(2)O_(3) single crystals and the influence of defects on Schottky barrier diode(SBD)devices are emphatically discussed.Besides,the influences of impurities and intrinsic defects on the electronic and optical properties ofβ-Ga_(2)O_(3) are also briefly discussed.Concluding this comprehensive analysis,the article offers a concise summary of the current state,challenges and prospects ofβ-Ga_(2)O_(3) single crystals. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) single-crystal growth DEFECTS DoPANTS SEMICoNDUCToR
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Two-step growth of β-Ga_(2)O_(3) on c-plane sapphire using MOCVD for solar-blind photodetector
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作者 Peipei Ma Jun Zheng +3 位作者 Xiangquan Liu Zhi Liu Yuhua Zuo Buwen Cheng 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2024年第2期51-56,共6页
In this work,a two-step metal organic chemical vapor deposition(MOCVD)method was applied for growingβ-Ga_(2)O_(3) film on c-plane sapphire.Optimized buffer layer growth temperature(T_(B))was found at 700℃ and theβ-... In this work,a two-step metal organic chemical vapor deposition(MOCVD)method was applied for growingβ-Ga_(2)O_(3) film on c-plane sapphire.Optimized buffer layer growth temperature(T_(B))was found at 700℃ and theβ-Ga_(2)O_(3) film with full width at half maximum(FWHM)of 0.66°was achieved.A metal−semiconductor−metal(MSM)solar-blind photodetector(PD)was fabricated based on theβ-Ga_(2)O_(3) film.Ultrahigh responsivity of 1422 A/W@254 nm and photo-to-dark current ratio(PDCR)of 10^(6) at 10 V bias were obtained.The detectivity of 2.5×10^(15) Jones proved that the photodetector has outstanding performance in detecting weak signals.Moreover,the photodetector exhibited superior wavelength selectivity with rejection ratio(R_(250 nm)/R_(400 nm))of 105.These results indicate that the two-step method is a promising approach for preparation of high-qualityβ-Ga_(2)O_(3)films for high-performance solar-blind photodetectors. 展开更多
关键词 MoCVD two-step growth β-ga_(2)o_(3) solar-blind photodetector responsivity
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Dual-Schottky-junctions coupling device based on ultra-longβ-Ga_(2)O_(3)single-crystal nanobelt and its photoelectric properties
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作者 Haifeng Chen Xiaocong Han +9 位作者 Chenlu Wu Zhanhang Liu Shaoqing Wang Xiangtai Liu Qin Lu Yifan Jia Zhan Wang Yunhe Guan Lijun Li Yue Hao 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2024年第5期90-98,共9页
High qualityβ-Ga_(2)O_(3)single crystal nanobelts with length of 2−3 mm and width from tens of microns to 132μm were synthesized by carbothermal reduction method.Based on the grown nanobelt with the length of 600μm... High qualityβ-Ga_(2)O_(3)single crystal nanobelts with length of 2−3 mm and width from tens of microns to 132μm were synthesized by carbothermal reduction method.Based on the grown nanobelt with the length of 600μm,the dual-Schottky-junctions coupling device(DSCD)was fabricated.Due to the electrically floating Ga_(2)O_(3)nanobelt region coupling with the double Schottky-junctions,the current I_(S2)increases firstly and rapidly reaches into saturation as increase the voltage V_(S2).The saturation current is about 10 pA,which is two orders of magnitude lower than that of a single Schottky-junction.In the case of solar-blind ultraviolet(UV)light irradiation,the photogenerated electrons further aggravate the coupling physical mechanism in device.I_(S2)increases as the intensity of UV light increases.Under the UV light of 1820μW/cm^(2),I_(S2)quickly enters the saturation state.At V_(S2)=10 V,photo-to-dark current ratio(PDCR)of the device reaches more than 104,the external quantum efficiency(EQE)is 1.6×10^(3)%,and the detectivity(D*)is 7.5×10^(12)Jones.In addition,the device has a very short rise and decay times of 25−54 ms under different positive and negative bias.DSCD shows unique electrical and optical control characteristics,which will open a new way for the application of nanobelt-based devices. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3)nanobelt carbothermal reduction UV light dual-Schottky coupling device
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切削液对金刚石线锯切割β-Ga_(2)O_(3)晶片表面质量的影响
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作者 王晓龙 高鹏程 +2 位作者 檀柏梅 杜浩毓 王方圆 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期133-142,共10页
为了开发出更适合β-Ga_(2)O_(3)晶片切片的切削液,探讨金刚石线锯切片过程中不同切削液对β-Ga_(2)O_(3)晶片表面质量的影响,通过测量接触角和表面张力,研究不同切削液对β-Ga_(2)O_(3)晶片表面的润湿性。采用粗糙度测量仪、非接触式... 为了开发出更适合β-Ga_(2)O_(3)晶片切片的切削液,探讨金刚石线锯切片过程中不同切削液对β-Ga_(2)O_(3)晶片表面质量的影响,通过测量接触角和表面张力,研究不同切削液对β-Ga_(2)O_(3)晶片表面的润湿性。采用粗糙度测量仪、非接触式测厚仪和扫描电镜(SEM)对晶片表面进行测试表征,研究去离子水、添加AEO-9的水基切削液和乳化切削液在不同工艺参数下对切割(010)面β-Ga_(2)O_(3)晶片的表面粗糙度、表面形貌、总厚度变化以及亚表面损伤层深度的影响。结果表明:与去离子水相比,添加AEO-9的水基切削液和乳化切削液均能有效降低β-Ga_(2)O_(3)表面的接触角和表面张力,表明2种切削液均可提高晶片表面润滑性;乳化切削液的效果随着工艺参数的变化而波动很大,只有在低切削热和大切削力的条件下,才能明显优化晶圆表面质量,而水基切削液可稳定地获得较高的晶片表面质量,更适用于β-Ga_(2)O_(3)晶片切割。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3)单晶 线锯切割 切削液 润滑能力 表面质量
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基于β-Ga_(2)O_(3)/NiO异质结日盲光电探测器性能研究
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作者 关幼幼 陈海峰 +2 位作者 郭天翔 陆芹 刘祥泰 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第5期528-537,共10页
采用原子层沉积法(ALD)在氧化硅衬底上沉积厚度为60 nm的氧化镓(Ga_(2)O_(3))薄膜,制备基于β-Ga_(2)O_(3)/NiO异质结结构的日盲光电探测器,研究器件的电极间距(d)、薄膜退火温度和欧姆退火温度对其光电性能的影响。研究结果显示,随着d... 采用原子层沉积法(ALD)在氧化硅衬底上沉积厚度为60 nm的氧化镓(Ga_(2)O_(3))薄膜,制备基于β-Ga_(2)O_(3)/NiO异质结结构的日盲光电探测器,研究器件的电极间距(d)、薄膜退火温度和欧姆退火温度对其光电性能的影响。研究结果显示,随着d从30μm缩短至10μm时,器件的光电流(Iphoto)、暗电流(Idark)、光响应度(R)、外部量子效率(EQE)和比探测率(D^(*))增大,上升时间(τr)和下降时间(τd)缩短。随着薄膜退火温度从500℃升至900℃时,器件的Iphoto、Idark、R、 EQE和D^(*)增大,τr和τd缩短。随着欧姆退火温度从350℃升至550℃时,Iphoto、Idark、R和EQE增大,τr和τd缩短。研究表明器件的光电性能在d为10μm、薄膜退火温度为900℃且欧姆退火温度为550℃的条件下最优,在10 V偏压时对应的光暗电流比(PDCR)为1802.63,R为5.27×10^(2)A/W,EQE为257587.76%,D^(*)为5.45×10^(13)Jones。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) 原子层沉积 NIo 异质结 光电探测器 退火温度
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单根磷掺杂β-Ga_(2)O_(3)微米线日盲紫外探测器性能 被引量:3
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作者 冯秋菊 解金珠 +4 位作者 董增杰 高冲 梁硕 刘玮 梁红伟 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1653-1660,共8页
β-Ga_(2)O_(3)是一种新兴的超宽带隙半导体材料,由于具有4.9 eV的带隙、较高的击穿电场(8 MV/cm)及较高的热稳定性和化学稳定性等优良特性,使其成为一种很有前途的半导体材料,在高功率电子器件、气体探测器和日盲紫外(UV)光电探测器等... β-Ga_(2)O_(3)是一种新兴的超宽带隙半导体材料,由于具有4.9 eV的带隙、较高的击穿电场(8 MV/cm)及较高的热稳定性和化学稳定性等优良特性,使其成为一种很有前途的半导体材料,在高功率电子器件、气体探测器和日盲紫外(UV)光电探测器等领域有着较为广阔的应用前景。本文采用化学气相沉积法(CVD)生长出大尺寸的厘米级磷掺杂β-Ga_(2)O_(3)微米线,并对微米线的表面形貌、晶体结构和成分进行了研究,发现微米线的长度可达0.6~1 cm,直径约为40μm。基于生长出的磷掺杂β-Ga_(2)O_(3)微米线制作了单根磷掺杂微米线的日盲紫外探测器,研究表明未掺杂和磷掺杂β-Ga_(2)O_(3)微米线对254 nm紫外光都具有良好的响应,其中磷含量为2.3%微米线制作的器件,其光电探测性能最好。该磷含量微米线器件在光功率550μW/cm^(2)时,其光电流为3.1μA,暗电流为1.56 nA,光暗电流比约为2×10^(3),上升和下降时间分别为47 ms和31 ms。当光功率为100μW/cm^(2)时,器件的光响应度和外量子效率最大,分别为6.57 A/W和3213%。此外,还对器件的紫外探测机理进行了研究。 展开更多
关键词 化学气相沉积 磷掺杂 β-ga_(2)o_(3)微米线 紫外探测器
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β-Ga_(2)O_(3)晶体金刚石线锯切割的表面质量研究 被引量:1
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作者 李晖 高鹏程 +4 位作者 程红娟 王英民 高飞 张弛 王磊 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第12期2040-2047,2062,共9页
本文探究了往复式金刚石线锯的工艺参数对β-Ga_(2)O_(3)单晶沿(001)晶面切片时表面质量的影响,从压痕断裂力学理论角度探究了金刚石线锯切割β-Ga_(2)O_(3)单晶过程中磨粒行为和材料去除机理。实验从各向异性角度分析了切割方向对(001... 本文探究了往复式金刚石线锯的工艺参数对β-Ga_(2)O_(3)单晶沿(001)晶面切片时表面质量的影响,从压痕断裂力学理论角度探究了金刚石线锯切割β-Ga_(2)O_(3)单晶过程中磨粒行为和材料去除机理。实验从各向异性角度分析了切割方向对(001)面β-Ga_(2)O_(3)单晶切割片表面质量的影响,并采用SEM和SJ-210粗糙度测试仪探究了工艺参数对金刚石线锯切割后的晶片表面质量的影响。实验结果表明,增大锯丝速度或减小材料进给速度都能降低亚表面损伤层深度及表面粗糙度,有效改善晶片表面质量。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3)晶片 金刚石线锯 切割方向 亚表面损伤层 表面粗糙度
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GaOOH/α-Ga_(2)O_(3)微纳米结构的可控制备及其光催化性能研究
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作者 杜彬 周慧 罗志臣 《化学研究与应用》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1417-1422,共6页
以Ga(NO_(3))_(3)为镓源,尿素为均相沉淀剂,在PEG4000(DL(天冬氨酸形成的复合软模板体系中,通过简单常压加热回流低温水热法成功合成出形貌和尺寸较为均一的GaOOH微球体,探讨了DL-天冬氨酸、PEG4000等添加剂对前驱体形貌和尺寸的影响。... 以Ga(NO_(3))_(3)为镓源,尿素为均相沉淀剂,在PEG4000(DL(天冬氨酸形成的复合软模板体系中,通过简单常压加热回流低温水热法成功合成出形貌和尺寸较为均一的GaOOH微球体,探讨了DL-天冬氨酸、PEG4000等添加剂对前驱体形貌和尺寸的影响。前驱体经450℃煅烧3 h后转变为形貌保持性良好的α-Ga_(2)O_(3)微球体。样品通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶转换红外光谱(FT(IR)、X射线衍射(XRD)、紫外(可见吸收光谱(UV(Vis)及荧光等手段进行表征和分析。以制备的α-Ga_(2)O_(3)微球体为光催化剂,考察了α-Ga_(2)O_(3)对甲基紫的光催化降解作用,结果表明:经紫外光照射100 min,所制备的α-Ga_(2)O_(3)微球体催化剂对甲基紫的脱色率高达99.85%。 展开更多
关键词 GaooH/α-ga_(2)o_(3) 水热法 复合软模板 光催化
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Lu-Eu共掺杂Ga_(2)O_(3)的光电性质的第一性原理计算 被引量:1
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作者 邹梦真 肖清泉 +4 位作者 姚云美 付莎莎 叶建峰 唐华著 谢泉 《原子与分子物理学报》 北大核心 2024年第3期144-151,共8页
宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized... 宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法计算了本征β-Ga_(2)O_(3),Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga_(2)O_(3)及Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)结构的晶格常数、能带结构和体系总能量.发现采用GGA+U的方法计算的带隙值更接近实验值,于是采用GGA+U的方法计算了本征β-Ga_(2)O_(3),Lu掺杂的β-Ga_(2)O_(3)以及Lu-Eu共掺杂的β-Ga_(2)O_(3)结构的能态总密度、介电函数、吸收谱以及反射率等.由计算结果得知β-Ga_(2)O_(3)的带隙为4.24 eV,Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga_(2)O_(3)的带隙为2.23 eV,Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)的带隙为0.9 eV,均为直接带隙半导体,掺杂并未改变β-Ga_(2)O_(3)的带隙方式.光学性质计算结果表明在低能区掺杂浓度为12.5%的Lu和Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)的吸收系数和反射率均强于本征β-Ga_(2)O_(3),Lu-Eu掺杂β-Ga_(2)O_(3)的吸收系数和反射率又略强于Lu掺杂β-Ga_(2)O_(3),表明Lu-Eu掺杂β-Ga_(2)O_(3)的材料有望应用于制备红外光电子器件. 展开更多
关键词 第一性原理 Lu-Eu共掺β-ga_(2)o_(3) 电子结构 光学性质
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N掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜日盲紫外探测器性能的影响 被引量:6
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作者 周树仁 张红 +6 位作者 莫慧兰 刘浩文 熊元强 李泓霖 孔春阳 叶利娟 李万俊 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第17期313-321,共9页
单斜氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))材料因其独特而优异的光电特性在日盲紫外探测领域具有广阔的应用前景,受到国内外研究者的广泛关注.本研究工作采用射频磁控溅射技术,在c面蓝宝石衬底上制备了未掺杂和氮(N)掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜,研究了N... 单斜氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))材料因其独特而优异的光电特性在日盲紫外探测领域具有广阔的应用前景,受到国内外研究者的广泛关注.本研究工作采用射频磁控溅射技术,在c面蓝宝石衬底上制备了未掺杂和氮(N)掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜,研究了N掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜结构及光学特性的影响;在此基础上,构筑了未掺杂和N掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜基金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal,MSM)型日盲紫外探测器,并讨论了N掺杂影响器件性能的物理机制.结果表明,N掺杂会导致β-Ga_(2)O_(3)薄膜表面形貌变得相对粗糙,且会促使β-Ga_(2)O_(3)薄膜由直接带隙向间接带隙转变.所有器件均表现出较高的稳定性和日盲特性,相比之下,N掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜器件能展现出较低的暗电流和更快的光响应速度(响应时间和恢复时间分别为40和8 ms),与氧空位相关缺陷的抑制密切相关.本研究对开发新型的高性能日盲紫外探测器具有一定的借鉴意义. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) 薄膜 N 掺杂 日盲紫外探测器 快速响应
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Eu^(3+)掺杂β-Ga_(2)O_(3)的水热法制备及其光学性能
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作者 张法碧 何婷波 +1 位作者 周娟 周飞 《桂林电子科技大学学报》 2023年第6期446-452,共7页
采用高温水热法合成稀土Eu3+掺杂β-Ga_(2)O_(3)荧光粉,研究不同热退火温度对其发光性能的影响。利用X射线衍射仪对样品的物质结构信息进行表征,样品衍射峰发生小角度偏移,表明Eu^(3+)进入β-Ga_(2)O_(3)晶格中。通过拉曼光谱仪对样品... 采用高温水热法合成稀土Eu3+掺杂β-Ga_(2)O_(3)荧光粉,研究不同热退火温度对其发光性能的影响。利用X射线衍射仪对样品的物质结构信息进行表征,样品衍射峰发生小角度偏移,表明Eu^(3+)进入β-Ga_(2)O_(3)晶格中。通过拉曼光谱仪对样品的物质结构和组态进行检测,样品的拉曼峰与β-Ga_(2)O_(3)结构的拉曼峰位置一致,并在800℃达到最大峰值,说明此温度下样品的结晶度最好。使用扫描电子显微镜对样品的表面形貌进行观测,不同热退火温度下荧光粉颗粒分布均匀,表明热退火处理后样品的结晶质量良好。在395 nm波长激发光谱作用下,可以看到2种不同的发射光谱,591 nm处为Eu^(3+)(^(5)D_(0)→^(7)F_(1))跃迁产生的橙光发射,612 nm处为Eu^(3+)(^(5)D_(0)→^(7)F_(2))跃迁产生的红光发射,并以发射红光为主。随着退火温度的不断升高,样品的发射光谱强度先增大后减小,并在800℃下达到最大值,表明热退火温度为800℃时荧光粉样品的发光效果最好。水热法合成工艺简单且成本低廉,合成的样品纯度高。高温热退火处理可通过应力作用减少材料中的缺陷,提高结晶度,从而提升荧光粉的发光性能。 展开更多
关键词 水热法 退火温度 Eu^(3+)掺杂β-ga_(2)o_(3)荧光粉 稀土发光 色坐标
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薄膜厚度对射频磁控溅射β-Ga_(2)O_(3)薄膜光电性能的影响 被引量:8
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作者 李秀华 张敏 +5 位作者 杨佳 邢爽 高悦 李亚泽 李思雨 王崇杰 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期280-291,共12页
本文在室温下利用射频磁控溅射技术在(001)蓝宝石衬底上制备了不同厚度的β-Ga_(2)O_(3)薄膜,随后将其置于氩气气氛中800℃退火1 h.利用XRD,SEM,UV-Vis分光光度计、PL光致发光光谱仪和Keithley 4200-SCS半导体表征系统等考察薄膜厚度对... 本文在室温下利用射频磁控溅射技术在(001)蓝宝石衬底上制备了不同厚度的β-Ga_(2)O_(3)薄膜,随后将其置于氩气气氛中800℃退火1 h.利用XRD,SEM,UV-Vis分光光度计、PL光致发光光谱仪和Keithley 4200-SCS半导体表征系统等考察薄膜厚度对所得氧化镓薄膜相组成、表面形貌、光学性能以及光电探测性能的影响.结果表明,随着薄膜厚度的增加,薄膜结晶质量提高,840 nm薄膜最佳,1050 nm薄膜结晶质量略有降低.不同厚度β-Ga_(2)O_(3)薄膜在波长200—300 nm日盲区域内均具有明显的紫外光吸收,禁带宽度随着薄膜厚度的增加而增加.PL谱中各发光峰峰强随着薄膜厚度的增加而减小,表明氧空位及其相关缺陷受到抑制.在β-Ga_(2)O_(3)薄膜基础上制备出日盲紫外光电探测器的探测性能(光暗电流比,响应度,探测率,外量子效率)也随薄膜厚度的增加呈先增后减的趋势.厚度约为840 nm的β-Ga_(2)O_(3)紫外光电探测器,在5V偏压下,表现出极低的暗电流(4.9×10^(-12) A),以及在波长254 nm(600μW/cm^(2))紫外光照下,表现出较高的光暗电流比(3.2×10^(5)),较短的响应时间0.09/0.80 s(上升时间),0.06/0.53 s(下降时间),其响应度、探测率和外量子效率分别为1.19 mA/W,1.9×10^(11) Jones和0.58%,且其光电流随光功率密度和偏置电压的增加几乎呈现线性增加,可以用于制作日盲紫外探测器. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3)薄膜 日盲紫外探测器 薄膜厚度 光电探测性能
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