Film sottili di Ossido di Gallio: proprietà elettriche e applicazione alla rivelazione di radiazione UV-C

Abstract

Il presente lavoro di tesi è stato focalizzato sullo studio delle proprietà elettriche ed ottiche dell’ossido di gallio (Ga2O3), materiale molto promettente in applicazioni di dispositivi di potenza ed optoelettronica UV. L’attività di ricerca del gruppo è rivolta allo studio del polimorfo epsilon dell’ossido di gallio (ε-Ga2O3). Esso è caratterizzato da un’ampia energia di bandgap (Eg= 4.6 – 4.9 eV), può essere sintetizzabile in forma di film sottile epitassiale su diversi substrati, e mostra una intrinseca selettività spettrale nella banda UV-C che lo rendono un buon candidato per la realizzazione di sensori di luce UV-C “solar blind” (ovvero sensibili in modo selettivo alla radiazione UV-C e trasparenti alla radiazione visibile). I requisiti per poter utilizzare questo materiale in applicazioni elettroniche sono: alta qualità e bassa densità di difetti cristallografici, controllo della conducibilità elettrica (e livello di drogaggio), e buoni contatti elettrici. Pertanto, la prima parte del mio lavoro di ricerca è stata incentrata sull’ottimizzazione del drogaggio del materiale e sullo sviluppo di contatti elettrici ohmici. Sono stati raggiunti risultati promettenti, che aprono concrete prospettive di impiego di questo materiale. La seconda parte del mio lavoro ha riguardato lo sviluppo di sensori di luce UV-C solar-blind a base di ε-Ga2O3. Le strutture di test studiate consistono in un layer di ε-Ga2O3 altamente resistivo e un pattern di contatti ohmici, diversamente distanziati, come elettrodi. Allo stato attuale i dispositivi di test realizzati mostrano un’alta risposta spettrale assoluta “responsivity”, un notevole rapporto di reiezione tra il segnale di corrente sotto illuminazione UV-C e corrente di buio (o sotto luce visibile) e buoni tempi di commutazione ON-OFF, che rendono la fase epsilon dell’ossido di gallio un materiale molto promettente nel campo della sensoristica UV-C. L’attività di dottorato ha riguardato anche un periodo di ricerca all’estero presso il Paul-Drude Institute (PDI) di Berlino. Lo scopo del progetto è stato quello di studiare gli effetti dei trattamenti al plasma in Ar su layers di ε-Ga2O3. Campioni di ε-Ga2O3 sono stati elettricamente caratterizzati prima e dopo l’esposizione al plasma. Si è osservato che i trattamenti al plasma determinano un notevole cambiamento nella conducibilità superficiale del layer. Tale conducibilità potrebbe essere correlata ad una parziale amorfizzazione del layer di ε-Ga2O3 in prossimità della superficie. Tuttavia, per visione più ampia del fenomeno fisico sono necessarie ulteriori indagini già programmate da svolgere nell’ambito di collaborazioni con vari istituti di ricerca.