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作者：

赵金宇

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摘要：

氧化镓作为第四代半导体材料,具有耐辐照性较强,禁带宽度大,性能容易调控等特点.目前在深紫外探测,光学探测等领域,有着广泛的应用前景.目前氧化镓在辐照条件下的结构演变已成为目前国内外学术界首要关注的问题.研究辐照后氧化镓的缺陷行为及性能影响有着重要的实用意义.本文以单晶β-Ga_2O_3材料为研究对象,使用1 MeV电子,50 MeV质子,400 keV质子和400 keV氮离子四种粒子作为辐照源.研究粒子种类和辐照注量对β-Ga_2O_3光学性能和缺陷的影响.本文基于SRIM对粒子辐照后的缺陷分布进行模拟计算,利用分光光度计和光致发光光谱表征氧化镓的光学性能变化.利用拉曼光谱,光致发光光谱和X射线光电子能谱分析,探究氧化镓辐照后内部缺陷的变化.根据模拟结果可知,1 MeV电子和50 MeV质子形成的缺陷分布较为均匀,400 keV质子和400 keV氮离子缺陷集中分布于表面.1 MeV电子对紫外波段透过率的影响最大,50 MeV质子,400 keV质子和400 keV氮离子对可见光波段的透过率影响较大.未辐照的氧化镓在700 nm和625 nm的位置存在两个红光发射带,且随辐照注量增加强度上升.400 keV质子和400 keV氮离子在注量较高时会在584 nm产生新的发光带.这说明可以通过辐照或离子掺杂的方式,对氧化镓的光致发光性能进行调控.根据拉曼光谱可以发现,氧化镓辐照后对镓原子和氧原子都会产生影响.结合光致发光光谱可知,镓原子空位能级位于2.0 eV,氧原子空位能级位于,1.76 eV.同时400 keV质子和400 keV氮离子在注量较大时,会产生能级位于2.2 eV的间隙氧原子.根据X射线电子能谱,发现高,低两种能量的质子都会与氧元素结合,形成含氢的缺陷.辐照后镓原子的价态基本不变,因此可以推知镓原子的空位可能带三个负电.研究表明,四种粒子辐照会均对氧化镓的透过率产生影响.辐照可以调控氧化镓的光致发光强度,并通过间隙原子产生新的发光带.氧化镓中氧原子不仅容易形成空位和间隙原子,还会与入射粒子结合,产生新的缺陷.镓原子位移能较高,不易形成缺陷.但入射能量较高且易于与镓原子结合的元素,辐照后可能与镓原子结合.

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学位级别：

硕士