Herstellung von Schottky-Dioden auf Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostruktur gewachsen durch Plasmaunterstützte Molekularstrahl-Epitaxie

Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen zur Spannungsregelung über Strom in Zinkoxid-basierten Heterojunction-Feldeffekteffekttransistoren mit zweidimensionalem Elektronengas mit Schottky-Kontakten zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass das Tor des Feldeffekttransistors in einem Fotoschritt definiert werden kann. Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich über neue Generationen von hochfrequenten, hochkraftigen Feldeffekttransistoren, indem sie die hohe Elektronensättigungsvielfalt in Zinkoxid nutzen.

Obwohl diese Methode Einen Einblick in die Art des Schottky-Kontakts in stabilitätsstabil an einem Standort bietet, kann es auch auf andere Einzelstandort-basierte Geräte wie Solaranlagendetektoren und die chemischen oder Biosensoren angewendet werden. Um das Verfahren zu beginnen, laden Sie ein Saphirsubstrat mit einem Durchmesser von 380 Mikrometern dicke C-Ebene in ein metallorganisches CVD-Instrument und bereiten das System für die Abscheidung vor. Sobald das System fertig ist, rampieren Sie den Reaktordruck auf 30 Torrs und die Substrattemperatur auf 1,055 Grad Celsius in einer Wasserstoffatmosphäre im Laufe von 35 Minuten.

Halten Sie es bei dieser Temperatur für drei Minuten, um die verbleibenden Verunreinigungen zu desorbieren. Dann rampondas Substrat auf 941 Grad Celsius im Laufe von drei Minuten. Nachdem Sie die Temperatur für zwei Minuten stabilisieren lassen, stellen Sie den Trimethylaluminium-Fluss auf 12,0 SCCM und den Ammoniakfluss auf sieben SCCM.

Lassen Sie die Durchflussmenge für drei Minuten stabilisieren. Wechseln Sie dann den Trimethylaluminium-Fluss auf die Lauflinie, um das Wachstum der Niedertemperatur-Aluminiumnitridschicht zu initiieren. Im Laufe von sechs Minuten wachsen etwa 20 Nanometer Aluminiumnitrid auf dem Substrat, gemessen durch Reflektivitätsschwingungen.

Danach, ohne das Wachstum zu unterbrechen, rampieren Sie das Substrat auf 1, 100 Grad Celsius in drei Minuten. Setzen Sie das Aluminiumnitridwachstum fort, bis die Schicht 300 Nanometer dick ist. Dann lenken Sie den Trimethylaluminiumstrom aus dem Reaktor weg.

Starten Sie den Trimethylgalliumstrom bei 15,5 SCCM und lassen Sie ihn für zwei Minuten stabilisieren. Dann wachsen etwa 400 Nanometer Galliumnitrid auf dem Substrat. Eine anfängliche Abnahme der Reflektivität wird während der Galliumnitrid-Kernbildung beobachtet.

Die Reflektivität wird sich auf das ursprüngliche Niveau erholen, wenn die Galliumnitridinseln zusammenfließen. Sobald das Galliumnitrid 400 Nanometer dick ist, erhöhen Sie die Substrattemperatur in zwei Minuten auf 1, 124 Grad Celsius, ohne das Wachstum zu unterbrechen. Wachsen Sie etwa 2,5 Nanometer einer hochtemperaturhalbisolierenden Galliumnitridschicht.

Dann lenken Sie den Trimethylgalliumfluss aus dem Reaktor, um das Wachstum zu stoppen. Kühlen Sie die neu gebildete Galliumnitridschablon auf Raumtemperatur und entladen Sie sie aus dem Reaktor. Schneiden Sie die Vorlage als Nächstes in sechs gleich große Stücke auf.

In einer Dunstabzugshaube eine Kochplatte auf 220 Grad Celsius erhitzen und 200 Milliliter eines Eins-zu-eins-Volumen-Gemischs aus konzentrierter Salzsäure in entionisiertem Wasser zubereiten. Dann 150 Milliliter konzentrierte Salzsäure in ein 300-Milliliter-Quarzbecher geben. Fügen Sie langsam 50 Milliliter konzentrierte Salpetersäure hinzu, um eine Aqua-Regia-Lösung zu erhalten.

Erhitzen Sie die Aqua-Regia-Lösung auf der Kochplatte, bis die Lösung orangerot und sprudelnd ist. Dann legen Sie ein Galliumnitrid-Schablonenstück in einen Polytetrafluorethylen-Korb und kochen Sie es 10 Minuten in Aqua-Regia. Spülen Sie die Schablone in fließendem entionisiertem Wasser für drei Minuten.

Dann die Schablone in der Salzsäurelösung für drei Minuten einweichen. Spülen Sie die Schablone fünf Minuten lang in fließendem entionisiertem Wasser wieder aus und trocknen Sie sie anschließend mit Stickstoffgas. Laden Sie die saubere Schablone innerhalb von fünf Minuten in ein Zwei-Sechs-Molekularstrahl-Epitaxie-Instrument-Lastschloss und beginnen Sie, sie abzupumpen.

Nach dem Abpumpen des Lastschlosses mit der sauberen Galliumnitridschablone für eine Stunde die Zink-Magnesium- und Beryllium-Ergusszellen vorbereiten. Schalten Sie das Reflexions-Hochenergie-Elektronenbeugungssystem ein und laden Sie die Schablone in den MBE ein. Als nächstes rampieren Sie das Substrat auf 615 Grad Celsius bei 13,6 Grad Celsius pro Minute, und halten Sie es bei dieser Temperatur für 15 Minuten, um Restverunreinigungen zu desorb.

Dann beginnen Sie, das Substrat auf 280 Grad Celsius zu ramponieren. Wenn das Substrat 550 Grad Celsius erreicht, öffnen Sie den Zinkzellenverschluss, um die Galliumnitridoberfläche dem Zinkfluss auszusetzen. Schalten Sie die Sauerstoffplasma-Stromversorgung ein, stellen Sie die Leistung auf 100 Watt ein und bestätigen Sie, dass die Sauerstoffgasleitung geschlossen ist.

Wenn das Substrat 280 Grad Celsius erreicht, stellen Sie die Sauerstoffplasmaleistung auf 400 Watt ein. Stellen Sie den Sauerstoffstrom auf 0,3 SCCM ein, um das Plasma zu entzünden, und reduzieren Sie ihn dann auf 0,25 SCCM. Warten Sie eine Minute und öffnen Sie dann den Sauerstoffverschluss, um das Wachstum der Niedertemperatur-Zinkoxid-Pufferschicht zu starten.

Zeichnen Sie alle fünf Minuten während des Wachstums ein Lesemuster entlang der eins negativen Azimutalrichtung Null null auf. Nach etwa 15 Minuten wechselt das Lesemuster vom 2D-Modus in den 3D-Modus, was eine Pufferdicke von etwa 20 Nanometern anzeigt. Schließen Sie das Zink und die Sauerstoffläden, um das Wachstum zu stoppen.

Erhöhen Sie dann den Sauerstoffdurchfluss auf 0,4 SCCM. Beginnen Sie mit dem Hochfahren des Substrats auf 730 Grad Celsius bei 13,6 Grad Celsius pro Minute. Rampe die untere Zonentemperatur der Doppelzonen-Zinkzelle auf 345 Grad Celsius bei 10 Grad Celsius pro Minute.

Warten Sie fünf Minuten, wenn das Substrat 730 Grad Celsius erreicht, und beginnen Sie dann mit der Überwachung der Zinkoxidoberfläche durch Ablesen. Wenn sie in den 2D-Modus wechselt, wurde die Pufferschicht geglüht. Kühlen Sie das Substrat auf 680 Grad Celsius.

Erhöhen Sie dann den Sauerstoffdurchfluss auf 3,2 SCCM, und öffnen Sie die Zink- und Sauerstoffläden, um eine 300 Nanometer dicke Hochtemperatur-Zinkoxidschicht zu züchten. Stellen Sie anschließend den Sauerstoffdurchfluss auf 0,3 SCCM ein. Rampieren Sie die Berylliumzelle auf 820 Grad Celsius bei 10 Grad Celsius pro Minute und die Magnesiumzelle auf 510 Grad Celsius bei 15 Grad Celsius pro Minute.

Kühlen Sie das Substrat auf 325 Grad Celsius bei 13,6 Grad Celsius pro Minute. Sobald sich die Substrattemperatur stabilisiert hat, erhöhen Sie schrittweise den Sauerstoffdurchfluss auf 1,25 SCCM. Öffnen Sie dann gleichzeitig die Zink-, Magnesium-, Beryllium- und Sauerstoffläden, um das Wachstum der Beryllium-Magnesium-Zinkoxid-Barriere zu starten.

Eine etwa 30 Nanometer dicke Schicht Beryllium-Magnesium-Zinkoxid im Laufe von 12 Minuten anbauen. Erfassen Sie regelmäßig Lesemuster, um die Entwicklung des Wachstumsmodus zu überwachen. Dann erwerben Sie ein endgültiges Lesemuster und schließen Sie die Magnesium- und Berylliumläden, um das Beryllium-Magnesium-Zinkoxid-Wachstum zu beenden.

Lassen Sie die Zink- und Sauerstoffläden noch eine Minute offen, um eine etwa zwei Nanometer dicke Zinkoxidkappenschicht zu züchten. Um mit der Diodenherstellung zu beginnen, beschallen Sie die Beryllium-Magnesium-Zinkoxid-Zinkoxid-Heterostrukturprobe in Aceton und Methanol jeweils fünf Minuten nacheinander. Spülen Sie die Probe fünf Minuten lang in entionisiertem Wasser und trocknen Sie sie unter einem Stickstoffgasstrom.

Dann die Probe mit i-Line positivephotoresist. Soft-bake die Photoresist bei 100 Grad Celsius für 140 Sekunden. Maskieren Sie die Probe und setzen Sie sie 2,38 Minuten lang einer 6,5-Watt-UV-Lampe aus.

Nachbacken der Photoresist bei 110 Grad Celsius für 80 Sekunden. Schütteln Sie dann die Probe in photoresist Entwickler für 60 Sekunden mit einer Schüttelfrequenz von einem Hertz. Spülen Sie die entwickelte Probe drei Minuten lang in entionisiertem Wasser und trocknen Sie sie unter Stickstoffgas.

Als nächstes behandeln Sie die Probe mit Remote-Sauerstoffplasma mit einem Sauerstoffstrom von 35 SCCM in einer HF-Leistung von 50 Watt für fünf Minuten. Schließlich laden Sie die Probe in einen Elektronenstrahlverdampfer und legen Sie 50 Nanometer Silber ab. Heben Sie die Probe mit Aceton an, um die Kontakte zu bilden, und reinigen und trocknen Sie die Probe mit Methanol, Wasser und Stickstoffgas.

Lesemuster der Niedertemperatur-Zinkoxid-Pufferschicht zeigten zunächst elliptische Flecken, was auf einen Wachstumsmodus von 3D-Inseln hindeutet. Glühen bei über 700 Grad Celsius erzeugte eine 2D-Oberflächenmorphologie. Die nachfolgenden Schichten wuchsen beide im 2D-Modus.

Die Atomkraftmikroskopie zeigte mit jeder Schicht eine geringe Zunahme der wurzelmittleren quadratischen Rauheit. Die Röntgenbeugung zeigte Reflexionen, die mit 0002-Reflexionen von Zinkoxid, Galliumnitrid und Beryllium-Magnesium-Zinkoxid übereinstimmen. Die Verbreiterung der Beryllium-Magnesium-Zinkoxid-Reflexion wurde auf die Dünne dieser Schicht zurückgeführt.

Alle-Effekt-Messungen der Heterostruktur zeigten eine Abnahme der Plattenträgerkonzentration bei abnehmender Temperatur, mit Sättigung bei etwa 13 Kelvin. Die Elektronenmobilität stieg monoton mit abnehmender Temperatur an. Die beobachteten Werte bei 293 Kelvin und 13 Kelvin entsprachen den Literaturwerten.

Diese Trends deuten auf das Vorhandensein von zweidimensionalem Elektronengas an der Beryllium-Magnesium-Zinkoxid-Zinkoxid-Schnittstelle hin. Stromdichtespannungskurven bei Raumtemperatur für Silberberyllium Magnesium Zinkoxid Zinkoxid Schottky Dioden zeigten, dass die Torströme exponentiell mit erhöhter Vorwärtsspannung bis zu 0,25 Volt stiegen, woraufhin Spannungsverluste über den Serienwiderstand sichtbar wurden. Die Ähnlichkeit zwischen den Kurven deutete auf eine hohe In-Wafer-Gleichförmigkeit der Probe hin.

Die höchste sichtbare Schottky-Barrierehöhe wurde mit einem Idealfaktor von 1,22 beobachtet. Da diese Methode für die Vereinigung entscheidend ist, um die Oberflächenpolarität von Zinkoxid auf Galliumpolnitrid-Vorlagen genau zu steuern, führt ein Versagen bei der Polaritätskontrolle zu einer Heterostruktur ohne zweidimensionales Elektronengas. Die Beibehaltung des Gesamtsektor-Verhältnisses unter 1,5 während der Kernbildung an einem Standort stellt sicher, dass die heterostrukturen an einem Standort alle Zinkpolarausrichtung haben.

Denken Sie beim Versuch dieses Verfahrens daran, die Probenoberfläche sorgfältig zu reinigen, bevor Sie die Beryllium-Magnesium-Zinkoxid-Zinkoxid-Heterostrukturen auf der Galliumnitrid-Vorlage anbauen und bevor Sie die Schottky-Kontakte auf den Heterostrukturen fertigen. Nach diesem Verfahren können andere Methoden wie RTM und XPS eingesetzt werden, um Einblicke in die Natur der Single-Site-Silberschnittstelle auf nanoskaliger Ebene zu erhalten. Wir gehen davon aus, dass die Bildung von leitfähigem Silberoxid an der Zinkoxid-Silberschnittstelle zum stabilen Schottky-Kontakt führt.

Damit ebnet dieser Ansatz den Weg zu einem hochmengenstabilen Schottky-Kontakt an einem Standort. Dies hat Auswirkungen auf Geräte, die auf Schottky-Kontakt angewiesen sind, einschließlich H-Phasen-Photodetektoren und chemische und Biosensoren. Vergessen Sie nicht, die starken Lösungsmittel und Beryllium-haltigen Verbindungen extrem gefährlich sein können.

Chemische Schutzausrüstung, eine Maske und Handschuhe sollten während dieses Vorgangs immer getragen werden. Tragen Sie beim Be- und Entladen von Proben eine Staubmaske für MB-Wachstum. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass die Gesamtmenge an Beryllium, die im MB-System verdampft wird, ein paar Zehntel Mikrogramm beträgt, wobei der größte Teil davon in den Kammerwänden in Form von Beryllium-armem Zink-Berylliumoxid vergraben ist.