Ga2O3与金属的接触特性研究
摘要：氧化镓是一种宽禁带透明氧化物半导体材料，其禁带宽度Eg=4.8～4.9eV，拥有优良的电学和光学特性。氧化镓被作为制造半导体器件材料而备受关注。本论文围绕氧化镓与金属的接触特性研究，首先了解氧化镓的结构，性质和应用等方面，接着对金属与半导体的欧姆接触和肖特基接触特性研究，实现对氧化镓薄膜和氧化镓与金属接触特性在欧姆接触和肖特基接触上的深入研究。
关键词：氧化镓；氧化镓薄膜；金属；欧姆接触；肖特基接触
Investigation of metal contacts on the Ga2O3
Abstract：Gallium oxide is a wide band gap transparent oxide semiconductor. Its band gap is Eg=4.8~4.9eV. It has excellent electrical and optical properties. Gallium oxide has attracted much attention as a semiconductor device material. This paper focuses on the contact characteristics of gallium oxide and metal. First, we understand the structure, properties and applications of gallium oxide, and then study the ohm contact and Schottky contact characteristics of metal and semiconductors, and realize the deep research on the contact characteristics of gallium oxide film and gallium oxide with metal in ohm contact and Schottky contact. Study.
Keywords: gallium oxide, gallium oxide film, metal,ohmic contact, schottky contact.
目录
第一章 绪论
1.1引言 1
1.2宽禁带半导体介绍 1
1.3氧化镓半导体材料 2
1.3.1氧化镓的结构 2
1.3.2氧化镓的特性 3
1.3.3氧化镓的应用 3
1.4论文主要研究内容说明 4
第二章 金属与半导体接触特性
2.1金属和半导体的欧姆接触特性 5
2.2金属和半导体的肖特基接触特性 7
第三章 氧化镓与金属接触特性研究
3.1氧化镓及其薄膜的制备 10
3.1.1氧化镓的制备 10
3.1.2氧化镓薄膜的制备 10
3.2掺杂对氧化镓薄膜的影响 11
3.3氧化镓的欧姆接触特性 13
3.3.1退火对氧化镓欧姆接触的影响 13
3.3.2氧化镓与金属的欧姆接触 15
3.4氧化镓的肖特基接触特性 16
3.4.1肖特基二极管结构及特性 16
3.4.2肖特基二管工作原理 17
3.4.3氧化镓二极管结构及制作 18
3.4.4氧化镓肖特基二极管性能与分析 18
3.4.5不同金属的氧化镓肖特基 22
3.5氧化镓的研究进展和未来展望 22
第四章 总结
4.1论文总结 24
致谢 25
参考文献 25
第一章 绪论
1.1引言
在这科学技术快速发展不断更新的年代，传统半导体已经完全无法达到人们日益增长的需求，Si，砷化镓，GaP等第一、二代半导体材料将发展到极致而停止不前，被第三代半导体所取代已成为时代的趋势。这些年来，第三代半导体材料正在飞速发展着，在微电子和光电子工业中有着长远而重大的影响。氧化镓作为其中一种宽带隙半导体材料，其优良的电学和发光性能也使得人们对它的研究趋之若鹜。
氧化镓是一种透明宽带隙半导体材料，多运用于光电器件中，可用其制造Ga半导体材料和紫外线滤光片的绝缘材料。其不仅有优良的光学性质还有优秀的电气性能，处于高温中稳定性极高，还可以适应于强酸、强碱环境中，因此，现今的氧化镓材料已经在许多领域得到了更加深入的研究，在商业中有些也已被广泛应用，其在气敏感测器、紫外探测器、薄膜电致发光显示器件、深紫外透明导电薄膜等方面被研究的更多。而研究氧化镓与金属的接触特性，不仅仅是为了对氧化镓作深入的了解更是为了未来研制氧化镓器件而奠定扎实的基础。本论文以金属与半导体接触特性和氧化镓作为论文研究的基础，由此来对氧化镓与金属接触特性展开了简单的探讨。
1.2宽禁带半导体介绍
宽禁带半导体主要是带隙大于2.2 eV的第三代半导体材料。其中以GaN、SiC为主有截止频率高，高击穿电场，导热率高，热稳定性优良和抗辐射性较强等优点，这些让它在环境高温和强辐射的条件下表现更加优良并且胜于传统器件。因此，用它来制造高频率、高功率、高密度的集成电子器件是很合适的。而在器件设计和制造技术的快速发展的当下，以宽带隙半导体为基制造的器件肯定会逐渐代替传统的半导体器件。镓的氧化物被认为是第四代超宽4.8～4.9 eV带隙的半导体材料，它的理论击穿场强甚至可达8 MV/厘米，接近3倍的GaN和SiC材料击穿场强的预期值。它非常适合于高压需求的器件领域，它拥有透明导电性，与GaN晶格不匹配，低成本的特性，使其在紫外光电子器件、LED、功率器件等方面有着广阔的应用未来。也使其在这些年来，成为世界研究人员在半导体材料和器件领域上的一个热门话题。镓氧化物作为下文氧化镓与金属接触特性的基础。
1.3氧化镓半导体材料
1.3.1氧化镓的结构
氧化镓是一个Eg=4.8～4.9 eV宽度宽禁带半导体。它的电学和发光性能引起了人们的广泛关注。Ga2O3也是透明氧化物半导体材料，所以在光电器件等方面应用有着很大的前景。还可以用在Ga基半导体材料的绝缘层和紫外线滤光片上。
镓氧化物也就是三氧化二镓，是镓的性质中最为稳定的氧化物。镓的氧化物可以通过空气中对金属Ga加热氧化或者于200～250 ℃中煅烧硝酸镓或一些镓的化合物来制备。氧化镓有五种同分异构体：α，γ，δ，ε，和最稳定的β异构体[8]。β-Ga2O3具有直接宽带隙、热稳定性优良和化学性质稳定的特点。它在紫外和可见光波段透射率较高，并被广泛应用于光电子器件方面[7]。
不同结构的氧化镓有多种制备方法，例如制α-Ga2O3可将420～440 ℃的镓与硝酸盐一起煅烧分解；γ-Ga2O3通过加热氢氧化物凝胶到400～500 ℃得到；δ-Ga2O3可通过加热硝酸镓到250 ℃后放于200 ℃左右12小时制得；ε-Ga2O3能直接以在550 ℃中将δ-Ga2O3短时间加热得到。而β-Ga2O3能以加热硝酸盐或镓化合物和氧化镓异构体到超过1000 ℃分解或转化制得。
参考文献
[1]来源：夏勇 论文题目[D]《氧化镓异质外延薄膜结构与性质的关系研究》 电子科技大学 专业学位硕士学位论 2017
[2]来源：吴琪乐 [J]供稿《未来的氧化镓器件》 2013
[3]来源：宋歌 浙江大学 [J]宿州教育学院学报 第10卷，第2期，2007年4月
[4]来源：岳超 论文题目[D]《半导体氧化镓与金属的接触特性研究》 电子科技大学 硕士学位论文 2014
[5]来源：曹茂盛，徐群，杨郦 [M]材料合成与制备方法 哈尔滨工业大学出版社 2002
[6]来源：张浩，邓金祥，白智英等 [J]β-Ga2O3薄膜掺杂工艺及性能研究进展 人工晶体学报，第46卷，第9期，2017年9月
[7]来源：潘惠平，成枫锋，李琳等 [J]《蓝宝石衬底上生长的Ga_(2+x)O_(3-x)薄膜的结构分析》 物理学报 2013
[8]来源：姜兰举 [J] 肖特基二极管原理及应用 电子报 2008年1月6日第013版
[9]来源：ROBERT F. DAVIS,and LISA M. PORTER [J]《Investigation of Different Metals as Ohmic Contacts to b-Ga2O3: Comparison and Analysis of Electrical Behavior, Morphology, and Other Physical Properties》 2016
[10]来源：[J] Electrical behavior of b-Ga2O3 Schottky diodes，J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 35, No. 3 2017
[11]来源：[J] Influence of metal choice on (010) b-Ga2O3 Schottky diode properties, APPLIED PHYSICS LETTERS 110, 202102 (2017)
