氮化镓欧姆接触及核探测器研究

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作为第三代半导体的典型代表氮化镓(GaN)及其多元合金的材料,有着非常杰出的物理和化学性能,在光电子器件上有着广阔的应用。目前半导体探测器使用较为普遍的硅基材料因其不能在高温、强辐射环境下应用而受到限制。而GaN材料具有较大的禁带宽度和较强的抗辐射强度,共价键键能比较大等优良的物理化学性质,这些都使得GaN成为半导体核辐射探测领域的一个理想材料,受到了广泛的关注。  本文研究了在非掺和半绝缘GaN上的欧姆接触的方法,包括退火温度和表面处理方法。以Ti/Al/Ni/Au作为接触金属体系,在Ga面沉积Ti/Al/Ni/Au并快速退火,实现了欧姆接触。而在GaN的N面直接沉积金属,无法实现欧姆接触。着重研究了N面GaN欧姆接触,其对垂直器件的实现有重大的意义。借助了电感耦合等离子体(ICP)对N面表面进行处理,实现了欧姆接触。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、光致发光(PL)等表征手段发现在N面的表面存在一层损伤层,影响着欧姆接触的形成。为了进一步分析其机理,使用X射线光电子能谱(XPS)分析了刻蚀和未刻蚀样品沉积金属后肖特基势垒高度的变化。因此,我们需要深入研究表面处理方法,进一步减小比接触电阻率。  本文介绍了探测器的工艺流程,GaN基核辐射探测器对α粒子和X射线的探测效果。同时通过软件计算了不同能量的α粒子在GaN材料量的沉积距离。针对一些半绝缘GaN基光导型探测器会出现漏电的情况,分析了其漏电的机理。从光镜中,发现在半绝缘氮化镓的表面存在很多的V型坑。进一步使用扫描电子显微镜(SEM)观察V型坑从Ga面穿透到N面,且附近有载流子聚集,初步判断是漏电的通道。因此,我们需要减少V型坑的数量,以此减小暗电流的大小。设计合适的器件结构,争取实现更高的探测效率和分辨率。
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