플라즈마 보조 분자 빔 에피택시에 의해 성장한 Zn-극성 BeMgZnO/ZnO 이종 구조에 대한 쇼트키 다이오드 제작

헤테로구조 전계 효과 트랜지스터(HFET)에서 효율적인 게이트 변조를 달성하려면 고품질 쇼트키 접점을 확보하는 것이 필수적입니다. 우리는 GaN 템플릿에서 플라즈마 보조 분자 빔 에피택시에 의해 성장한 고밀도 2차원 전자 가스(2DEG)를 가진 Zn-극성 BeMgZnO/ZnO 이종 구조에서 쇼트키 다이오드의 제조 방법론과 특성을 제시합니다.

이 방법은 쇼트키 접촉을 사용하여 2차원 전자 가스가 있는 산화아연 기반 이종접합 전계 효과 트랜지스터의 전류 과전압 제어에 대한 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 전계 효과 트랜지스터의 게이트를 하나의 사진 단계로 정의할 수 있다는 것입니다. 이 기술의 의미는 산화아연의 높은 전자 포화 다양성을 활용하여 새로운 세대의 고주파, 고출력 전계 효과 트랜지스터로 확장됩니다.

이 방법은 단일 사이트에서 안정성에서 쇼트키 접촉의 특성에 대한 통찰력을 제공하지만 태양열 발전소 감지기 및 화학 물질 또는 바이오 센서와 같은 다른 단일 사이트 기반 장치에도 적용할 수 있습니다. 절차를 시작하려면 직경 2인치, 380마이크로미터 두께의 C-플레인을 금속 유기 CVD 기기에 로드하고 시스템을 증착할 준비를 합니다. 시스템이 준비되면 35분 동안 수소 분위기에서 반응기 압력을 30torrs로, 기판 온도를 섭씨 1,055도까지 높입니다.

잔류 오염 물질을 탈착하기 위해 3분 동안 그 온도로 유지하십시오. 그런 다음 3분 동안 기판을 섭씨 941도까지 경사로를 내립니다. 2분 동안 온도를 안정시킨 후 트리메틸알루미늄 흐름을 12.0 SCCM으로, 암모니아 흐름을 7 SCCM으로 설정합니다.

유속을 3분 동안 안정시킵니다. 그런 다음 트리메틸 알루미늄 흐름을 런 라인으로 전환하여 저온 질화알루미늄 층 성장을 시작합니다. 6분 동안 반사율 진동으로 측정된 기판에서 약 20나노미터의 질화알루미늄을 성장시킵니다.

그 후, 성장을 방해하지 않고 3 분 안에 기판을 섭씨 1, 100 도로 램프합니다. 층의 두께가 300나노미터가 될 때까지 질화알루미늄 성장을 계속합니다. 그런 다음 트리메틸 알루미늄 흐름을 반응기에서 멀리 유도합니다.

15.5 SCCM에서 트리메틸갈륨 흐름을 시작하고 2분 동안 안정화시킵니다. 그런 다음 기판에서 약 400나노미터의 질화갈륨을 성장시킵니다. 반사율의 초기 감소는 질화갈륨 핵형성 중에 관찰됩니다.

반사율은 질화갈륨 섬이 합쳐질 때 원래 수준으로 회복됩니다. 질화갈륨의 두께가 400나노미터가 되면 성장을 방해하지 않고 2분 안에 기판 온도를 섭씨 1, 124도까지 높입니다. 약 2.5나노미터의 고온 반절연 질화갈륨 층을 성장시킵니다.

그런 다음 트리메틸갈륨 흐름을 반응기에서 멀리 보내 성장을 멈춥니다. 새로 형성된 질화갈륨 템플릿을 실온으로 냉각하고 반응기에서 내립니다. 다음으로, 템플릿을 동일한 크기의 6개 조각으로 자릅니다.

흄 후드에서 핫플레이트를 섭씨 220도까지 가열하고 탈이온수에 농축 염산의 1:1 부피 혼합물 200ml를 준비합니다. 그런 다음 150ml의 진한 염산을 300ml 석영 비커에 넣습니다. 농축 질산 50ml를 천천히 첨가하여 왕수 용액을 얻습니다.

용액이 주황색-빨간색이 되고 거품이 생길 때까지 핫플레이트의 왕수 용액을 가열합니다. 그런 다음 폴리테트라플루오로에틸렌 바구니에 질화갈륨 템플릿 조각 하나를 넣고 왕수에서 10분 동안 끓입니다. 흐르는 탈이온수로 템플릿을 3분 동안 헹굽니다.

그런 다음 템플릿을 염산 용액에 3분 동안 담그십시오. 템플릿을 흐르는 탈이온수로 5분 동안 다시 헹군 다음 질소 가스로 건조시킵니다. 5분 이내에 깨끗한 템플릿을 2-6 분자 빔 에피택시 기기 로드 록에 로드하고 펌핑을 시작합니다.

깨끗한 질화갈륨 템플릿으로 로드 록을 한 시간 동안 펌핑한 후 아연 마그네슘 및 베릴륨 삼출 셀을 준비합니다. 반사 고에너지 전자 회절 시스템을 켜고 템플릿을 MBE에 로드합니다. 다음으로, 분당 섭씨 13.6도에서 기판을 섭씨 615도로 램프하고 해당 온도를 15분 동안 유지하여 잔류 오염 물질을 탈착합니다.

그런 다음 기판을 섭씨 280도까지 램프링하기 시작합니다. 기판이 섭씨 550도에 도달하면 아연 셀 셔터를 열어 질화 갈륨 표면을 아연 플럭스에 노출시킵니다. 산소 플라즈마 전원 공급 장치를 켜고 전원을 100와트로 설정한 다음 산소 가스 라인이 닫혀 있는지 확인합니다.

기판이 섭씨 280도에 도달하면 산소 플라즈마 전력을 400와트로 설정합니다. 산소 유량을 0.3 SCCM으로 설정하여 플라즈마를 점화한 다음 0.25 SCCM으로 줄입니다. 1분 정도 기다린 다음 산소 셔터를 열어 저온 산화아연 완충층 성장을 시작합니다.

성장 중에 5분마다 1개의 음, 1, 0, 0, 방위각 방향을 따라 읽기 패턴을 기록합니다. 약 15분 후 읽기 패턴이 2D 모드에서 3D 모드로 변경되어 버퍼 두께가 약 20나노미터임을 나타냅니다. 아연과 산소 셔터를 닫아 성장을 멈춥니다.

그런 다음 산소 유량을 0.4 SCCM으로 높입니다. 분당 13.6°C에서 기판을 730°C까지 램프링하기 시작합니다. 이중 구역 아연 전지의 하부 구역 온도를 분당 섭씨 10도에서 섭씨 345도까지 램프합니다.

기판이 섭씨 730도에 도달하면 5분 동안 기다린 다음 판독으로 산화아연 표면 모니터링을 시작합니다. 2D 모드로 변경되면 버퍼 레이어가 어닐링된 것입니다. 기판을 섭씨 680도로 냉각합니다.

그런 다음 산소 유량을 3.2 SCCM으로 높이고 아연과 산소 셔터를 열어 300나노미터 두께의 고온 산화아연 층을 성장시킵니다. 나중에 산소 유량을 0.3 SCCM으로 설정합니다. 베릴륨 셀을 분당 섭씨 10도에서 섭씨 820도로, 마그네슘 셀을 분당 섭씨 15도에서 섭씨 510도까지 높입니다.

기판을 분당 섭씨 325도에서 섭씨 13.6도로 냉각합니다. 기판 온도가 안정화되면 산소 유량을 1.25 SCCM으로 점차적으로 증가시킵니다. 그런 다음 아연, 마그네슘, 베릴륨 및 산소 셔터를 동시에 열어 베릴륨 마그네슘 산화아연 장벽 성장을 시작합니다.

약 30나노미터 두께의 베릴륨 마그네슘 산화아연 층을 12분 동안 성장시킵니다. 성장 모드 진화를 모니터링하기 위해 주기적으로 읽기 패턴을 획득합니다. 그런 다음 최종 판독 패턴을 획득하고 마그네슘 및 베릴륨 셔터를 닫아 베릴륨 마그네슘 산화아연 성장을 종료합니다.

아연과 산소 셔터를 1분 더 열어 두어 약 2나노미터 두께의 산화아연 캡 층을 성장시킵니다. 다이오드 제작을 시작하기 위해 베릴륨, 마그네슘, 산화아연, 산화아연, 이종구조 시료를 아세톤과 메탄올에서 각각 5분씩 순서대로 초음파 처리합니다. 샘플을 탈이온수로 5분 동안 헹구고 질소 가스 흐름에서 건조시킵니다.

그런 다음 i-Line 포지티브 포토레지스트로 샘플을 스핀 코팅합니다. 포토레지스트를 섭씨 100도에서 140초 동안 소프트 베이킹합니다. 샘플을 마스킹하고 6.5와트 UV 램프에 2.38분 동안 노출시킵니다.

포토레지스트를 섭씨 110도에서 80초 동안 굽습니다. 그런 다음 포토레지스트 현상액에서 1헤르츠의 진탕 빈도로 60초 동안 샘플을 흔듭니다. 현상된 샘플을 탈이온수로 3분 동안 헹굽니다., 질소 가스로 건조.

다음으로, 50와트의 RF 전력에서 35SCCM의 산소 유량으로 5분 동안 원격 산소 플라즈마로 샘플을 처리합니다. 마지막으로 샘플을 전자빔 증발기에 넣고 50나노미터의 은을 증착합니다. 아세톤으로 들어 올려 접점을 형성하고 메탄올, 물 및 질소 가스로 샘플을 세척하고 건조시킵니다.

저온 산화아연 완충층의 판독 패턴은 초기에 타원형 반점을 보였으며, 이는 3D 섬의 성장 모드를 나타냅니다. 섭씨 700도 이상에서 어닐링하면 2D 표면 형태가 생성되었습니다. 후속 레이어는 모두 2D 모드에서 성장했습니다.

원자력 현미경은 각 층에서 평균 제곱근 거칠기가 약간 증가한 것으로 나타났습니다. X-선 회절은 산화아연, 질화갈륨 및 베릴륨 마그네슘 산화아연의 0002 반사와 일치하는 반사를 보여주었습니다. 베릴륨 마그네슘 산화아연 반사의 확대는 그 층의 얇음에 기인합니다.

이종 구조의 모든 효과 측정은 온도가 감소함에 따라 시트 캐리어 농도가 감소하는 것을 보여주었으며 포화도는 약 13켈빈이었습니다. 전자 이동도는 온도가 감소함에 따라 단조롭게 증가했습니다. 293켈빈과 13켈빈에서 관찰된 값은 문헌 값과 일치했습니다.

이러한 경향은 베릴륨, 마그네슘, 산화아연, 산화아연 계면에 2차원 전자 가스가 존재함을 나타냅니다. 실버 베릴륨, 마그네슘, 산화아연, 쇼트키 다이오드에 대한 실온에서의 전류 밀도 전압 곡선은 최대 0.25볼트의 순방향 전압이 가해짐에 따라 게이트 전류가 기하급수적으로 증가한 것으로 나타났으며, 그 후 직렬 저항에 걸친 전압 강하가 명백해졌습니다. 곡선 간의 유사성은 샘플의 높은 웨이퍼 내 균일성을 나타냅니다.

가장 높은 겉보기 쇼트키 장벽 높이는 1.22의 이상적 계수로 관찰되었습니다. 수행된 이 방법은 유니온이 갈륨 극성 질화갈륨 템플릿에서 산화아연의 표면 극성을 정밀하게 제어하는 데 중요하기 때문에 극성 제어에 실패하면 2차원 전자 가스가 없는 이종 구조가 생성됩니다. 단일 부위 핵형성 동안 모든 섹터 비율을 1.5 미만으로 유지하면 단일 부위 기반 이종 구조가 모든 아연 극성 배향을 갖도록 할 수 있습니다.

이 절차를 시도하는 동안 질화갈륨 템플릿에서 베릴륨 마그네슘 산화아연 산화아연 이종 구조를 성장시키기 전과 이종 구조에서 쇼트키 접점을 제작하기 전에 샘플 표면을 조심스럽게 청소하는 것을 잊지 마십시오. 이 절차에 따라 RTM 및 XPS와 같은 다른 방법을 사용하여 나노 수준에서 단일 사이트 은 계면의 특성에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 우리는 산화아연 은 계면에서 전도성 산화은의 형성이 안정적인 쇼트키 접촉을 초래한다는 가설을 세웁니다.

따라서 이 접근 방식은 단일 사이트에서 대량의 안정적인 쇼트키 접촉을 향한 길을 열어줍니다. 이는 H상 광검출기와 화학 및 바이오센서를 포함하여 쇼트키 접촉에 의존하는 장치에 영향을 미칩니다. 강한 용제와 베릴륨 함유 화합물은 매우 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오.

이 절차를 수행하는 동안 화학 보호 장비, 마스크 및 장갑을 항상 착용해야 합니다. MB 성장을 위해 샘플을 로드하고 언로드할 때 방진 마스크를 착용하십시오. 그러나 MB 시스템에서 증발하는 베릴륨의 총량은 10분의 1 마이크로그램이며, 대부분은 베릴륨이 부족한 베릴륨 산화물 아연의 형태로 챔버 벽에 묻혀 있다는 점을 언급해야 합니다.