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摘要
在250℃的低温下，以三甲基镓、四（二甲氨基）钛为前躯体源，O3为反应气体，采用热原子层沉积制备了Ti掺杂Ga2O3（TGO）薄膜。Ga2O3和TiO2的生长速率分别为0.037 nm/cycle和0.08 nm/cycle,TGO薄膜厚度低于理论计算值。X射线光电子能谱仪测试结果表明膜中Ti浓度随Ga2O3/TiO2循环比减少而增加，O 1s、Ga 2p和Ti 2p的峰位置向较低的结合能移动，这是因为Ti原子取代了Ga原子的某些位点引起了结合能降低，表明Ti元素成功掺杂到Ga2O3薄膜中。TiO2和Ga2O3的芯能级光谱分析表明薄膜中存有Ti4+和Ga3+离子。TGO薄膜的O 1s芯能级光谱中Ga-O键随着Ti-O键含量增加而下降，表明TGO薄膜中形成Ga2O3-TiO2复合材料。掠入射X射线衍射图中没有出现衍射峰，表明沉积的Ga2O3和TGO薄膜为非晶态。原子力显微镜观察到薄膜表面平整光滑，均方根粗糙度为0.377 nm，这得益于原子层沉积逐层生长的优势。TGO薄膜在可见光区表现出较高的透明度，对紫外光强烈吸收。随着Ti掺杂浓度的增加，TGO薄膜的折射率由于化学变化从1.75增加到1.99，紫外光区消光系数增大引起透过率减小，吸收边缘出现了红移，光学带隙从4.9 eV减小到4.3 eV。分光光度法和X射线光电子能谱法测定薄膜光学带隙所得的结果一致。
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单位瞬态光学与光子技术国家重点实验室; 中国科学院西安光学精密机械研究所; 中国科学院大学
