【摘 要】
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β-Ga2O3是一种超宽禁带半导体材料,具有高击穿电压以及良好的巴利加优值,禁带宽度高达4.8eV。在大功率器件领域有良好的应用前景,且在紫外探测器和气体传感器领域也得到应用。目前国内外对于β-Ga2O3材料的研究主要集中在材料的制备、掺杂、刻蚀以及β-Ga2O3基光电探测器等领域。随着器件及工艺技术的进步,基于β-Ga2O3的集成电路将成为发展趋势,电阻、电容等无源元件是集成电路中必不可少的关键
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β-Ga2O3是一种超宽禁带半导体材料,具有高击穿电压以及良好的巴利加优值,禁带宽度高达4.8eV。在大功率器件领域有良好的应用前景,且在紫外探测器和气体传感器领域也得到应用。目前国内外对于β-Ga2O3材料的研究主要集中在材料的制备、掺杂、刻蚀以及β-Ga2O3基光电探测器等领域。随着器件及工艺技术的进步,基于β-Ga2O3的集成电路将成为发展趋势,电阻、电容等无源元件是集成电路中必不可少的关键组成部分。本论文开展了基于多晶β-Ga2O3的无源元件的研究,重点研究了掺杂和刻蚀技术,实现了铜掺杂的多晶β-Ga2O3薄膜电阻。首先优化了磁控溅射制备β-Ga2O3薄膜的相关工艺参数。其次,通过磁控溅射形成“Ga2O3薄膜/金属/Ga2O3薄膜/金属/Ga2O3薄膜”复合结构,经高温退火形成β-Ga2O3薄膜,并实现金属杂质原子在薄膜内在分布。然后采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶,实现有效掺杂。基于XRD、AFM、SEM、霍尔效应测试等方法表征薄膜制备、掺杂效果。最后,优化感应耦合等离子刻蚀工艺对β-Ga2O3薄膜材料进行刻蚀,实现电阻结构,制作铜电极并优化合金温度后形成良好的欧姆接触。论文的主要研究内容及结果如下:1)基于射频磁控溅射技术,在蓝宝石衬底上制备β-Ga2O3薄膜,对磁控溅射参数和异位退火参数进行大量实验对比研究,基于XRD、AFM、SEM等测试结果分析总结出了最优的β-Ga2O3薄膜制备工艺。2)通过磁控溅射形成“Ga2O3薄膜/金属/Ga2O3薄膜/金属/Ga2O3薄膜”复合结构,经异位高温退火后形成嵌有金属原子的β-Ga2O3薄膜。吸收光谱测试结果表明Al掺杂得到有效实现,霍尔测试结果表明Cu掺杂得到有效实现。经过激光区熔后,掺铜的β-Ga2O3薄膜电阻率和方块电阻降低。3)用AZ4620厚胶挡避、感应耦合等离子刻蚀β-Ga2O3薄膜。优化了光刻工艺参数,通过大量实验研究了β-Ga2O3薄膜干法刻蚀工艺,制作铜电极并优化了合金温度。实现了3.233MΩ和29.601MΩ、欧姆接触良好的多晶β-Ga2O3薄膜电阻。设计了两种基于多晶β-Ga2O3薄膜的平板电容器结构及其制作工艺。
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