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一、作者与发表信息
本研究由Pei Guo、Jie Xiong、Xiaohui Zhao、Tuo Sheng、Chao Yue、Bowan Tao、Xingzhao Liu（通讯作者）共同完成，作者单位均为中国电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室。研究成果发表于2014年6月的《Journal of Materials Science: Materials in Electronics》（DOI: 10.1007/s10854-014-2066-0）。

二、学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于宽禁带半导体材料与光电器件领域，聚焦于β相三氧化二镓（β-Ga₂O₃）薄膜的制备及其紫外光电探测器应用。
研究背景：β-Ga₂O₃是一种单斜晶系宽直接带隙（~4.9 eV）半导体材料，在深紫外（DUV）探测、透明电子器件等领域具有潜力。传统制备方法如金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）成本高、工艺复杂，阻碍其产业化。
研究目标：开发一种低成本、可规模化生产的金属有机沉积（Metal Organic Deposition, MOD）法制备β-Ga₂O₃薄膜，并探究生长温度对薄膜性能的影响，最终验证其在金属-半导体-金属（MSM）结构紫外光电探测器中的应用可行性。

三、研究流程与方法
1. 薄膜制备
- 前驱体溶液配制：以乙酰丙酮镓（gallium acetylacetonate）为原料，溶于甲酸中，配制0.2 M的均相溶液。
- 基板处理：蓝宝石（000l）衬底经丙酮、酒精、去离子水超声清洗。
- 旋涂与热解：以2,500 rpm转速旋涂40秒，80℃烘烤5分钟去除溶剂；随后快速推入300℃炉中热解10分钟以分解有机物。
- 高温结晶：在850–1,250℃空气氛围中退火1小时，通过21次重复旋涂获得500 nm厚薄膜。

1. 器件制备

   • 电极制作：通过电子束蒸发沉积200 nm Ti（接触金属）和20 nm Al（电极金属），经500℃快速热退火（RTA）5分钟。
     
   • 光刻工艺：采用标准光刻和湿法刻蚀制备叉指电极，电极面积0.013 mm²，指宽与间距均为3 μm，总指对数40。
     

2. 表征与测试

   • 结构表征：X射线衍射（XRD）分析晶体结构，Scherrer公式计算晶粒尺寸。
     
   • 形貌分析：原子力显微镜（AFM）观察表面粗糙度。
     
   • 光学性能：紫外-可见透射光谱（UV-Vis）测定带隙。
     
   • 器件测试：Agilent 4155B半导体参数分析仪测量I-V曲线，254 nm汞灯测试光响应特性。
     

四、主要研究结果
1. 结构特性
- 结晶温度阈值：低于950℃时薄膜为非晶态；高于1,050℃时出现β-Ga₂O₃的（201）、（402）、（603）衍射峰，表明（201）择优取向。
- 温度依赖性：1,050℃、1,150℃、1,250℃下晶粒尺寸分别为19.95 nm、26.78 nm、34.01 nm，粗糙度（RMS）从6.84 nm增至7.88 nm。

1. 光学性能

   • 所有样品的带隙稳定在4.8–4.9 eV，与β-Ga₂O₃理论值一致，且不受温度影响（区别于Kokubun等人报道的带隙随温度变化现象）。
     

2. 器件性能

   • 响应度：在20 V偏压下达到0.76 A/W。
     
   • 响应速度：上升时间（τᵣ）和衰减时间（τ_d）上限分别为50 ms和30 ms。
     

五、结论与价值
1. 科学价值：
- 首次通过MOD法在蓝宝石衬底上制备出（201）取向的β-Ga₂O₃多晶薄膜，明确了生长温度对结晶度、晶粒尺寸和粗糙度的调控规律。
- 揭示了MOD法制备的薄膜带隙稳定性机制，为宽禁带半导体能带工程提供新见解。

1. 应用价值：
   
   • 提出了一种低成本、可规模化的β-Ga₂O₃薄膜制备方案，其MSM紫外探测器性能接近传统方法（如MOCVD）水平，为产业化铺平道路。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：首次将MOD法应用于β-Ga₂O₃薄膜制备，解决了传统化学溶液法（如溶胶-凝胶）前驱体水解不可控的问题。
2. 工艺优化：通过快速升温（300℃热解）减少镓损失，21次旋涂实现厚度精确控制。
3. 器件验证：MSM探测器性能数据完整，响应度与响应时间指标达到实用化门槛。

七、其他发现
- 晶粒生长机制：高温下晶粒通过表面融合（surface grain coalescence）增大，导致粗糙度上升，这一现象与AFM形貌分析结果吻合。
- 带隙稳定性归因：多次旋涂使薄膜充分弛豫，避免了晶格应力导致的带隙偏移（XRD未检测到晶格常数变化）。

此研究为β-Ga₂O₈基光电器件的低成本制备提供了重要技术路径，后续研究可进一步优化电极界面工程以提升响应速度。