氧化铟镁薄膜晶体管紫外探测器的研究

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1、氧化铟镁薄膜晶体管紫外探测器的研究卢慧玲2014.4.41内容提要实验背景实验方案实验目的实验计划实验流程测试项目预期结果后续工作2实验背景分类主要用于红外探测远红外探测3实验背景探测机理分类光电倍增管光电二级管电荷耦合器件p-n结schottky雪崩异质结优点高增益、可探测微弱信号，线性关系好，工作稳定中等大小的电压驱动。体积小，重量轻，对磁场不敏感。费用少，有好的线性和敏感度、高速度速度高，无需窄带隙半道体即可实现长波探测，无需高温退火，界面可重复高增益量子效率不特别依赖表面与结的距离，暗电流小，波

2、长选择性可以很高。暴露在光线下，没有额外的直流光电流缺点供电电压高，体积大，很脆弱量子效率和响应时间需折衷必须采用抗反射涂层噪声大晶格常数必须严格匹配半导体从深耗尽恢复时，光生载流子出来不充分4实验背景材料种类分类Si基光电二极管GaAs基光电二极管宽禁带半导体光电二极管优点对波长的选择性高。适合紫外探测缺点禁带宽度窄，UV下退化严重不够稳定，可复制性差持续光电导效应难解决“日盲型”5实验背景TFT结构优势三端器件，对耗尽层的控制好可以通过栅压来调节费米能级的位置来解决光电二级管中难解决的持续光电导作用

3、集成度高，可做在大的玻璃基板上，形成探测器阵列用于图像传感器宽禁带半导体TFT紫外探测器6实验背景宽禁带半导体TFT紫外探测器研究背景2003年，H.S.Bae连续发表了几篇关于ZnO-TFT（ZnO~3.3eV）探测器的文章。但由于ZnO中有太多的缺陷，对可见光比较敏感，波长的选择性不是太高，工作电压高，响应速度慢，陆续有人对ZnO进行了不同的掺杂以得到禁带宽度更大的氧化物半导体如镓、镁（Ga2O3~4.9eV,MgO~7.2eV）。但掺杂后迁移率不高，电学性能不好。而实验结果表明开态电流不高的器件受

4、光后在关态电流增加也不高（最大两个数量级），所以做探测器，好的电学特性也是有必要的。高开关比、高迁移率+禁带宽度大紫外探测7实验方案有源层选择In对提高迁移率至关重要，而MgO禁带宽度达到7.2eV,如果两者进行掺杂，可以得到迁移率高，禁带宽度大的半导体。并且在90年代，日本科学家HiroshiKawazoe等人研究了尖晶石结构的一系列材料作为透明导电薄膜的可行性和优势，其中就有MgIn2O4。文献中MgIn2O4（以下简称IMO）禁带宽度在3.4eV以上，截止波长在360nm左右，可控的电导率和禁带宽

5、度，适合做紫外探测器的有源层。IMO-TFT8实验方案doublelayerMg含量过低，禁带宽度不够，无法做到“日盲”型器件Mg含量过高，器件电学性能会大大降低找出一个适当的Mg掺杂量的条件9实验方案文献三星公司的SangYounHan等人在doubleactivelayer图像传感器方面发表了很多文章，最主要的组合是IGZO+IZO，底层的IGZO来调节阈值电压，上层的IZO禁带宽度比较小，吸收光。探测器有源层可不可以两层？，实现光学和电学性能的完美结合？？？双层为同种Mg含量IMO底层通氧量小顶层

6、通氧量大双层为不同Mg含量IMO底层Mg含量低顶层Mg含量高10实验方案双层结构条件选择希望做光探测时工作在关态，Vt希望能在正压（5V左右），所以有源层载流子浓度不能太高。或者做完后在O2中退火。11实验方案TFT结构选取底栅共平面结构顶层通氧量大的电阻率高，如果底栅交叠型，与Mo源漏电极接触电阻会大12实验目的制作出"日盲型"器件,与IGZO-TFT相比，对紫外光的灵敏度更高，紫外/可见抑制比更大。通过双层有源层结构，找出电学性能、光学性能都不错的器件条件优化退火条件和退火时间，对氧空位进行合理的控

7、制13实验计划单膜实验目前实验室有三种Mg含量的IMO：Mg/(In+Mg)分别为7%、13%、19%。RF溅射生长，溅射功率100W，溅射压强0.36Pa，可调节的有生长功率、压强、氩氧比、衬底温度、退火条件等。衬底温度室温生长条件为a,衬底温度300℃生长条件为b,a条件生长完氧气中退火10min为c氩氧比生长速率（nm/min）电阻率（Ω·cm）载流子浓度(cm-1)禁带宽度(eV)ababcabcabc7%IMO50:019193.3E-349:110124.6E+440:103.95.630:

8、203.65.7614氩氧比生长速率（nm/min）电阻率（Ω·cm）载流子浓度(cm-1)禁带宽度(eV)ababcabcabc13%IMO50:010.61.2E-2-5E+1949:19.448:28.445:54.3氩氧比生长速率（nm/min）电阻率（Ω·cm）载流子浓度(cm-1)禁带宽度(eV)ababcabcabc19%IMO50:08.21.2349:13.248:23.645:52.715实验流程工艺流程图16实验流程实