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β-Ga_(2)O_(3)的p型掺杂研究进展
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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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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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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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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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Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块自供能紫外探测器的制备及性能
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作者 方向明 周起成 +3 位作者 孙宇 乔志铭 耿秋丹 高世勇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期653-660,共8页
为了实现在无外部供能下对紫外光的有效探测,基于Ag修饰的Bi_(2)O_(3)纳米块(Ag/Bi_(2)O_(3))纳米块制备了自供能紫外探测器。通过煅烧法制备Bi_(2)O_(3)纳米块,随后采用室温溶液法在其表面沉积Ag纳米粒子,进而成功制备了Ag/Bi_(2)O_(3... 为了实现在无外部供能下对紫外光的有效探测,基于Ag修饰的Bi_(2)O_(3)纳米块(Ag/Bi_(2)O_(3))纳米块制备了自供能紫外探测器。通过煅烧法制备Bi_(2)O_(3)纳米块,随后采用室温溶液法在其表面沉积Ag纳米粒子,进而成功制备了Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块,且对所制备样品的晶体结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的平均尺寸约为1μm,且Ag纳米粒子随机分布在Bi_(2)O_(3)纳米块表面。将涂覆Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的FTO作为工作电极,并进一步构建了自供能紫外探测器。在365 nm的紫外光照射下,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器能在零偏压下实现对紫外光的快速检测,这证实其具有自供能特性。相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器的光电流得到明显提升,上升和下降时间分别缩短至29.1 ms和40.2 ms,并具有良好的循环稳定性。 展开更多
关键词 紫外探测器 Bi_(2)o_(3)纳米块 AG纳米粒子 自供能探测
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A landscape of β-Ga_(2)O_(3) Schottky power diodes
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作者 Man Hoi Wong 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2023年第9期47-56,共10页
β-Ga_(2)O_(3) Schottky barrier diodes have undergone rapid progress in research and development for power electronic applications.This paper reviews state-of-the-art β-Ga_(2)O_(3) rectifier technologies,including ad... β-Ga_(2)O_(3) Schottky barrier diodes have undergone rapid progress in research and development for power electronic applications.This paper reviews state-of-the-art β-Ga_(2)O_(3) rectifier technologies,including advanced diode architectures that have enabled lower reverse leakage current via the reduced-surface-field effect.Characteristic device properties including onresistance,breakdown voltage,rectification ratio,dynamic switching,and nonideal effects are summarized for the different devices.Notable results on the high-temperature resilience of β-Ga_(2)O_(3) Schottky diodes,together with the enabling thermal packaging solutions,are also presented. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) Schottky diodes power device edge termination nickel oxide
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2.83-kV double-layered NiO/β-Ga_(2)O_(3) vertical p-n heterojunction diode with a power figure-of-merit of 5.98 GW/cm^(2)
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作者 Tingting Han Yuangang Wang +4 位作者 Yuanjie Lv Shaobo Dun Hongyu Liu Aimin Bu Zhihong Feng 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2023年第7期28-31,共4页
This work demonstrates high-performance NiO/β-Ga_(2)O_(3) vertical heterojunction diodes(HJDs)with double-layer junc-tion termination extension(DL-JTE)consisting of two p-typed NiO layers with varied lengths.The bott... This work demonstrates high-performance NiO/β-Ga_(2)O_(3) vertical heterojunction diodes(HJDs)with double-layer junc-tion termination extension(DL-JTE)consisting of two p-typed NiO layers with varied lengths.The bottom 60-nm p-NiO layer fully covers theβ-Ga_(2)O_(3) wafer,while the geometry of the upper 60-nm p-NiO layer is 10μm larger than the square anode elec-trode.Compared with a single-layer JTE,the electric field concentration is inhibited by double-layer JTE structure effectively,resulting in the breakdown voltage being improved from 2020 to 2830 V.Moreover,double p-typed NiO layers allow more holes into the Ga_(2)O_(3) drift layer to reduce drift resistance.The specific on-resistance is reduced from 1.93 to 1.34 mΩ·cm^(2).The device with DL-JTE shows a power figure-of-merit(PFOM)of 5.98 GW/cm^(2),which is 2.8 times larger than that of the conven-tional single-layer JTE structure.These results indicate that the double-layer JTE structure provides a viable way of fabricating high-performance Ga_(2)O_(3) HJDs. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) breakdown voltage heterojunction diode(HJD) junction termination extension(JTE) power figure-of-merit(PFoM)
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用于火电厂NO_(x)检测的Pt-In_(2)O_(3)传感器吸附及传感机理研究
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作者 杨家隆 吴宝良 +2 位作者 卢德滔 马世龙 周渠 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第4期387-394,共8页
火力发电产生的NO_(x)会对生态环境和公众健康造成严重危害。目前,我国对火电厂NO_(x)检测主要采用非分散红外技术和化学发光技术,需要对烟道的样气进行人工采样,步骤繁琐且无法实现对NO_(x)准确检测,半导气体传感器具有体积小、响应快... 火力发电产生的NO_(x)会对生态环境和公众健康造成严重危害。目前,我国对火电厂NO_(x)检测主要采用非分散红外技术和化学发光技术,需要对烟道的样气进行人工采样,步骤繁琐且无法实现对NO_(x)准确检测,半导气体传感器具有体积小、响应快速和成本低等优点,而广泛应用于气体污染物的检测。本文采用水热法制备了本征In_(2)O_(3)和Pt-In_(2)O_(3)气敏材料。基于搭建的微量气体气敏测试平台,测试了In_(2)O_(3)基传感器对NO和NO_(2)的浓度响应和响应恢复时间。研究表明,Pt-In_(2)O_(3)传感器对30ppm NO_(2)和NO的响应值分别为7.7和10.3,响应恢复时间分别为23 s/41 s和18 s/46 s,能够满足对火电厂NO_(x)检测的要求。另外,基于密度泛函理论计算了各吸附模型的吸附能和态密度以揭示其气敏机理。分析结果表明,Pt-In_(2)O_(3)对NO(-1.55 eV)和NO_(2)(-0.92 eV)表现出强烈的化学吸附,与宏观实验测试结果一致。因此,Pt-In_(2)O_(3)传感器可实现火电厂NO_(x)气体检测。 展开更多
关键词 火电厂 No_(x)气体 水热法 Pt-In_(2)o_(3) 气敏机理
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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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Lu-Eu共掺杂Ga_(2)O_(3)的光电性质的第一性原理计算
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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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β-Ga_(2)O_(3)(010)表面对新型环保绝缘气体CF_(3)SO_(2)F的气敏响应特性 被引量:2
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作者 韩蓉 郭宇铮 +2 位作者 高克利 周文俊 郑宇 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期990-999,共10页
CF_(3)SO_(2)F作为一种新型的环保绝缘气体,有望取代绝缘气体SF_(6)。考虑到CF_(3)SO_(2)F的生物毒性,开发用于泄漏检测的高灵敏度传感器具有重要的工程意义。为此,基于第一性原理,计算分析了本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面对CF_(3)SO_(2)... CF_(3)SO_(2)F作为一种新型的环保绝缘气体,有望取代绝缘气体SF_(6)。考虑到CF_(3)SO_(2)F的生物毒性,开发用于泄漏检测的高灵敏度传感器具有重要的工程意义。为此,基于第一性原理,计算分析了本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面对CF_(3)SO_(2)F的气敏响应特性以及氧空位缺陷对CF_(3)SO_(2)F在β-Ga_(2)O_(3)(010)表面吸附性质的影响。CF_(3)SO_(2)F吸附前后,本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面吸附体系的功函数发生了显著变化,且室温下的恢复时间短。此外,环境分子O_(2)和CO_(2)的存在并不影响本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面对CF_(3)SO_(2)F的选择性检测。因此,本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面可作为CF_(3)SO_(2)F潜在的场效应晶体管型气敏器件材料,且该器件具有较高的稳定性,良好的选择性,较高的灵敏度和可重复利用性。氧空位缺陷的引入使β-Ga_(2)O_(3)(010)表面吸附体系在环境分子O_(2)和CO_(2)存在的情况下无法对CF_(3)SO_(2)F气体进行选择性检测。因此,在β-Ga_(2)O_(3)(010)表面材料的合成过程中应尽可能避免氧空位缺陷的存在。论文从理论上证明了本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面可作为一种潜在的CF_(3)SO_(2)F场效应晶体管型气敏材料,对后续的实验制备气敏传感器具有指导作用。 展开更多
关键词 CF_(3)So_(2)F β-ga_(2)o_(3)(010)表面 第一性原理 气敏传感器 氧空位缺陷 环境分子
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AlN/β-Ga_(2)O_(3)异质结电子输运机制 被引量:1
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作者 周展辉 李群 贺小敏 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期338-346,共9页
β-Ga_(2)O_(3)具有禁带宽度大、击穿电场强的优点,在射频及功率器件领域具有广阔的应用前景.β-Ga_(2)O_(3)(2¯01)晶面和AlN(0002)晶面较小的晶格失配和较大的导带阶表明二者具有结合为异质结并形成二维电子气(two-dimensional el... β-Ga_(2)O_(3)具有禁带宽度大、击穿电场强的优点,在射频及功率器件领域具有广阔的应用前景.β-Ga_(2)O_(3)(2¯01)晶面和AlN(0002)晶面较小的晶格失配和较大的导带阶表明二者具有结合为异质结并形成二维电子气(two-dimensional electron gas,2DEG)的理论基础,引起了众多研究者关注.本文利用AlN的表面态假设,通过求解薛定谔-泊松方程组计算了AlN/β-Ga_(2)O_(3)异质结导带形状和2DEG面密度,并将结果应用于玻尔兹曼输运理论,计算了离化杂质散射、界面粗糙散射、声学形变势散射、极性光学声子散射等主要散射机制限制的迁移率,评估了不同散射机制的相对重要性.结果表明,2DEG面密度随AlN厚度的增加而增加,当AlN厚度为6 nm,2DEG面密度可达1.0×10^(13)cm^(-2),室温迁移率为368.6 cm^(2)/(V·s).在T<184 K的中低温区域,界面粗糙散射是限制2DEG迁移率的主导散射机制,T>184 K的温度区间,极性光学声子散射是限制2DEG迁移率的主导散射机制. 展开更多
关键词 AlN/β-ga_(2)o_(3)异质结 二维电子气 电子输运 迁移率
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Co掺杂β-Ga_(2)O_(3)的电学性质和电荷转变能级的第一性原理计算 被引量:1
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作者 孟婷 赵二俊 刘雨欣 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2023年第2期181-188,共8页
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Co掺杂β-Ga_(2)O_(3)体系的电学性质和转变能级.研究发现,Co原子代替Ga原子后会导致电子结构发生显著变化.利用杂化泛函(HSE06)计算了体系的能带结构,发现随着Co掺杂浓度增加,β-Ga_(2... 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Co掺杂β-Ga_(2)O_(3)体系的电学性质和转变能级.研究发现,Co原子代替Ga原子后会导致电子结构发生显著变化.利用杂化泛函(HSE06)计算了体系的能带结构,发现随着Co掺杂浓度增加,β-Ga_(2)O_(3)禁带宽度逐渐减小,增加化合物对光的吸收,增强它们的光学性能和载流子输运能力.在β-Ga_(2)O_(3)体系的四面体格位掺入Co原子,将引入了4.00μ的磁矩,磁矩主要来源于Co原子.通过对电子局域函数的分析,可知,Ga,Co和O原子之间是共价键和离子键共同结合.在富镓的条件下,1×3×2超胞模型下,Co掺杂会形成浅受主杂质能级. 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) 第一性原理 电子局域函数 转变能级 缺陷形成能
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自供电β-Ga_(2)O_(3)/(PEA)_(2)PbI_(4)异质结深紫外光电二极管的制备与特性
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作者 李惜雨 刘艳 +4 位作者 苏妍 张琼 李磊 边昂 刘增 《半导体技术》 CAS 北大核心 2023年第8期645-651,共7页
成功制备了β-Ga_(2)O_(3)/(PEA)_(2)PbI_(4)异质结深紫外光电二极管,其具有极低的暗电流(fA级),并且可以在0 V偏压下以自供电模式正常运行,在0 V偏压下的光暗电流比(PDCR)约为103,深紫外光响应度(R)为0.08 mA/W。在负偏压和正偏压下均... 成功制备了β-Ga_(2)O_(3)/(PEA)_(2)PbI_(4)异质结深紫外光电二极管,其具有极低的暗电流(fA级),并且可以在0 V偏压下以自供电模式正常运行,在0 V偏压下的光暗电流比(PDCR)约为103,深紫外光响应度(R)为0.08 mA/W。在负偏压和正偏压下均展现了极高线性度(1.08、1.04)。进一步系统地研究了深紫外光电二极管的高温探测性能。随着温度的升高,由于载流子迁移率降低,导致其深紫外光响应特性有所降低,R从300 K下的2.5 mA/W降低至500 K下的0.4 mA/W。基于β-Ga_(2)O_(3)/(PEA)_(2)PbI_(4)异质结的深紫外探测器展现了优异的探测水平,但是由于温度升高导致散射更强,其整体探测性能有所下降。 展开更多
关键词 异质结 紫外探测 高温 自供电 光电二极管 β-ga_(2)o_(3) 钙钛矿
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斜切角对β-Ga_(2)O_(3)(100)面衬底加工的影响研究
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作者 李信儒 侯童 +5 位作者 马旭 王佩 李阳 穆文祥 贾志泰 陶绪堂 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第9期1570-1575,共6页
本文研究了斜切角的引入对β-Ga_(2)O_(3)(100)面衬底加工的影响,分析了斜切角分别为0°、1°、6°时,(100)面衬底在加工过程中的形貌变化及不同抛光参数对衬底抛光的影响。实验结果表明,随着斜切角的增大,(100)面衬底在加... 本文研究了斜切角的引入对β-Ga_(2)O_(3)(100)面衬底加工的影响,分析了斜切角分别为0°、1°、6°时,(100)面衬底在加工过程中的形貌变化及不同抛光参数对衬底抛光的影响。实验结果表明,随着斜切角的增大,(100)面衬底在加工过程中的解理损伤问题得以改善,加工后表面粗糙度降低,材料去除方式出现了脆性去除-脆塑性混合去除-塑性去除的转变。较小的抛光压力可以有效减少解理损伤,改善表面质量。斜切角为6°时的(100)面衬底抛光效率高,抛光后表面粗糙度可达到Ra≤0.2 nm。 展开更多
关键词 β-ga_(2)o_(3) 解理 斜切角 抛光 表面粗糙度
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Cu掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的制备及紫外探测性能
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作者 刘玮 冯秋菊 +5 位作者 †宜子琪 俞琛 王硕 王彦明 隋雪 梁红伟 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第19期292-298,共7页
β-Ga_(2)O_(3)作为第三代宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大(4.9 eV)、击穿电场强,吸收边正好位于日盲紫外波段(波长200—280 nm)内,且在近紫外以及整个可见光波段具有较高的透过率,使得β-Ga_(2)O_(3)是一种非常适合制作日盲紫外光电... β-Ga_(2)O_(3)作为第三代宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大(4.9 eV)、击穿电场强,吸收边正好位于日盲紫外波段(波长200—280 nm)内,且在近紫外以及整个可见光波段具有较高的透过率,使得β-Ga_(2)O_(3)是一种非常适合制作日盲紫外光电探测器的材料.目前在p型β-Ga_(2)O_(3)材料方面的研究还较少,但p型β-Ga_(2)O_(3)材料的制备对于其光电器件的应用至关重要,因此成功制备p型β-Ga_(2)O_(3)材料就显得尤为关键.采用化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长出不同Cu掺杂量的β-Ga_(2)O_(3)薄膜,并对薄膜的形貌、晶体结构和光电特性进行了测试.发现随着Cu掺杂量的增加,样品(201)晶面的衍射峰向小角度方向发生了移动,这说明Cu2+替代了Ga3+进入到了Ga2O3晶格中.此外,在Cu掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜上蒸镀Au作为叉指电极,制备出了金属-半导体-金属结构光电导型日盲紫外探测器,并对其紫外探测性能进行了研究.结果表明,在10 V偏压、254 nm波长紫外光下,器件的光暗电流比约为3.81×102,器件的上升时间和下降时间分别是0.11 s和0.13 s.此外,在光功率密度为64μW/cm2时,器件的响应度和外部量子效率分别是1.72 A/W和841%. 展开更多
关键词 化学气相沉积法 p型β-ga_(2)o_(3) CU掺杂 紫外光电探测器
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