摘要
日盲紫外探测具有背景噪声低的独特优势，在火灾预警、保密通讯、导弹告警等领域有着广阔的应用前景。新兴半导体材料-氧化镓具有~4.8eV的超宽带隙，天然地适合于日盲紫外探测，目前其研究主要聚焦于β-Ga2O3。近年来，非晶氧化镓异军突起，同样展现出优异的光电探测能力，且可避免高温工艺、可灵活地选择衬底、制备成本低，成为新的研究热点。光电晶体管可借助栅压调控来抑制暗电流、提升光电流，从而获高的探测灵敏度。然而，非晶氧化镓薄膜的迁移率较低，导致其构筑的光电晶体管通常难以实现有效的栅压调控。因此，本文旨在开展非晶氧化镓基光电晶体管的制备及性能研究，获得稳定、优异的器件性能。 首先，基于工艺相对简单的MSM型器件，初步探索非晶氧化镓薄膜的制备工艺。通过调节溅射功率、衬底温度、氧分压与溅射时间，优化非晶氧化镓薄膜质量。使用AFM、XPS等材料表征方法并结合对器件光电性能的相关测试，深入分析了不同工艺参数对薄膜性质的影响机制，获得了适用于光电探测的非晶氧化镓薄膜制备工艺参数，同时制备了具有较高性能的MSM型光电探测器。 在此基础上，构筑背栅型非晶氧化镓光电晶体管，实现了有效的栅压调控，探测性能相较于MSM型器件获得大幅提升，例如：220.72A/W的光响应度与3.57×1015Jones的比探测率（MSM型器件光响应度为2.14A/W，比探测率为1.19×1014Jones）。进一步研究发现，溅射气氛中适当增加氧分压虽然有助于提升晶体管的迁移率与探测灵敏度，但是以牺牲响应速度为代价。而且，氧分压过高甚至会因为载流子数量的急剧下降而带来迁移率的降低。 基于上述原因，提出了一种双层非晶氧化镓同质结的器件结构，即包括富氧的沟道层（高迁移率）与少氧的光吸收层（高增益），并优化了厚度分布及工艺条件。最终，获得了光电晶体管迁移率与亚阈值摆幅的进一步优化，晶体管取得了优异的光电探测性能，例如：512.70A/W的光响应度、1.18×1016Jones的比探测率以及0.43s/0.02s的响应速度。 通过上述工作，本文提供了高质量非晶氧化镓薄膜的制备方法，并成功构筑了具备有效栅压调控特性的光电晶体管，获得了较高的探测灵敏度。在此基础上提出的双层同质结器件结构可进一步大幅优化器件性能。相关研究为高性能非晶氧化镓基光电晶体管的制备提供了扎实的实验基础和理论依据。
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