Wytwarzanie diod Schottky'ego na zn-polarnej heterostrukturze BeMgZnO/ZnO wyhodowanej metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytanie dotyczące kontroli napięcia nad prądem w tranzystorach polowych heterozłączowych opartych na tlenku z dwuwymiarowym gazem elektronowym przy użyciu styków Schottky'ego. Główną zaletą tej techniki jest to, że bramkę tranzystora polowego można zdefiniować w jednym kroku fotograficznym. Implikacje tej techniki rozciągają się na nowe generacje tranzystorów polowych o wysokiej częstotliwości i dużej mocy, wykorzystując wysoką różnorodność nasycenia elektronów w tlenku.

Chociaż metoda ta zapewnia wgląd w naturę kontaktu Schottky'ego pod względem stabilności w jednym miejscu, może być również stosowana do innych urządzeń opartych na jednym miejscu, takich jak detektory elektrowni słonecznych oraz czujniki chemiczne lub biosensory. Aby rozpocząć procedurę, załaduj szafirowe podłoże o średnicy dwóch cali i grubości 380 mikrometrów w kształcie litery C do metalowo-organicznego instrumentu CVD i przygotuj system do osadzania. Gdy system będzie gotowy, zwiększ ciśnienie w reaktorze do 30 torów, a temperaturę podłoża do 1 055 stopni Celsjusza w atmosferze wodoru w ciągu 35 minut.

Trzymaj go w tej temperaturze przez trzy minuty, aby zdesorbować resztki zanieczyszczeń. Następnie w ciągu trzech minut obniż podłoże do 941 stopni Celsjusza. Po ustabilizowaniu się temperatury przez dwie minuty ustaw przepływ trimetyloglinu na 12,0 SCCM, a przepływ amoniaku na siedem SCCM.

Pozwól, aby natężenie przepływu ustabilizowało się przez trzy minuty. Następnie przełącz przepływ trimetyloglinu na linię przebiegu, aby zainicjować wzrost warstwy azotku glinu w niskiej temperaturze. W ciągu sześciu minut wyhoduj około 20 nanometrów azotku glinu na podłożu, mierząc oscylacje odbicia.

Następnie, nie przerywając wzrostu, zwiększ podłoże do 1,100 stopni Celsjusza w ciągu trzech minut. Kontynuuj wzrost azotku glinu, aż warstwa osiągnie grubość 300 nanometrów. Następnie skieruj przepływ trimetyloglinu z dala od reaktora.

Rozpocznij przepływ trimetylogalu przy 15,5 SCCM i pozwól mu ustabilizować się przez dwie minuty. Następnie wyhoduj około 400 nanometrów azotku galu na podłożu. Początkowy spadek współczynnika odbicia będzie obserwowany podczas zarodkowania azotku galu.

Współczynnik odbicia powróci do pierwotnego poziomu, gdy wyspy azotku galu połączą się. Gdy azotek galu osiągnie grubość 400 nanometrów, zwiększ temperaturę podłoża do 1,124 stopni Celsjusza w ciągu dwóch minut, nie przerywając wzrostu. Wyhoduj około 2,5 nanometra półizolacyjnej warstwy azotku galu o wysokiej temperaturze.

Następnie skieruj przepływ trimetylogalu z dala od reaktora, aby zatrzymać wzrost. Schłodzić nowo utworzony szablon azotku galu do temperatury pokojowej i wyładować go z reaktora. Następnie pokrój szablon na sześć równych kawałków.

W dygestorium podgrzej płytę grzejną do 220 stopni Celsjusza i przygotuj 200 mililitrów objętościowej mieszaniny stężonego kwasu solnego w wodzie dejonizowanej. Następnie umieść 150 mililitrów stężonego kwasu solnego w 300-mililitrowej zlewce kwarcowej. Powoli dodawaj 50 mililitrów stężonego kwasu azotowego, aby uzyskać roztwór wody królewskiej.

Podgrzej roztwór wody królewskiej na płycie grzejnej, aż roztwór stanie się pomarańczowo-czerwony i musujący. Następnie umieść jeden kawałek szablonu azotku galu w koszu z politetrafluoroetylenu i gotuj go w wodzie królewskiej przez 10 minut. Opłucz szablon w płynącej wodzie dejonizowanej przez trzy minuty.

Następnie zanurz szablon w roztworze kwasu solnego na trzy minuty. Ponownie przepłucz szablon w płynącej wodzie dejonizowanej przez pięć minut, a następnie wysusz go gazowym azotem. W ciągu pięciu minut załaduj czysty szablon do blokady ładowania instrumentu do epitaksji z dwu-sześcioma wiązkami molekularnymi i zacznij go pompować.

Po pompowaniu śluzy obciążeniowej za pomocą czystego szablonu azotku galu przez godzinę, przygotuj ogniwa efuzyjne, magnezu i berylu. Włącz odbiciowy system dyfrakcji elektronów o wysokiej energii i załaduj szablon do MBE. Następnie zwiększ temperaturę podłoża do 615 stopni Celsjusza przy 13,6 stopni Celsjusza na minutę i utrzymuj je w tej temperaturze przez 15 minut, aby zdesorbować resztki zanieczyszczeń.

Następnie zacznij obniżać podłoże do 280 stopni Celsjusza. Gdy podłoże osiągnie 550 stopni Celsjusza, otwórz przesłonę ogniwa cynkowego, aby wystawić powierzchnię azotku galu na działanie strumienia. Włącz zasilanie plazmy tlenowej, ustaw moc na 100 watów i upewnij się, że przewód tlenu gazowego jest zamknięty.

Gdy podłoże osiągnie 280 stopni Celsjusza, ustaw moc plazmy tlenowej na 400 watów. Ustaw przepływ tlenu na 0,3 SCCM, aby zapalić plazmę, a następnie zmniejsz go do 0,25 SCCM. Odczekaj minutę, a następnie otwórz migawkę tlenową, aby rozpocząć wzrost warstwy buforowej tlenku w niskiej temperaturze.

Rejestruj wzorzec odczytu wzdłuż kierunku azymutalnego jeden ujemny jeden zero zero co pięć minut podczas wzrostu. Po około 15 minutach wzorzec odczytu zmieni się z trybu 2D na tryb 3D, wskazując na grubość bufora około 20 nanometrów. Zamknij żaluzje cynkowe i tlenowe, aby zatrzymać wzrost.

Następnie zwiększ natężenie przepływu tlenu do 0,4 SCCM. Rozpocznij zwiększanie temperatury podłoża do 730 stopni Celsjusza przy 13,6 stopni Celsjusza na minutę. Podnieś temperaturę dolnej strefy dwustrefowego ogniwa cynkowego do 345 stopni Celsjusza przy 10 stopniach Celsjusza na minutę.

Odczekaj pięć minut, aż podłoże osiągnie 730 stopni Celsjusza, a następnie rozpocznij monitorowanie powierzchni tlenku przez odczyt. Po przejściu w tryb 2D warstwa buforowa została wyżarzona. Ostudzić podłoże do 680 stopni Celsjusza.

Następnie zwiększ natężenie przepływu tlenu do 3,2 SCCM i otwórz żaluzje cynkowe i tlenowe, aby wytworzyć warstwę wysokotemperaturowego tlenku o grubości 300 nanometrów. Następnie ustaw natężenie przepływu tlenu na 0,3 SCCM. Zwiększ temperaturę ogniwa berylowego do 820 stopni Celsjusza przy 10 stopniach Celsjusza na minutę, a ogniwo magnezowe do 510 stopni Celsjusza przy 15 stopniach Celsjusza na minutę.

Schłodzić podłoże do 325 stopni Celsjusza w temperaturze 13,6 stopni Celsjusza na minutę. Gdy temperatura podłoża się ustabilizuje, stopniowo zwiększaj natężenie przepływu tlenu do 1,25 SCCM. Następnie jednocześnie otwórz żaluzje cynkowe, magnezowe, berylowe i tlenowe, aby rozpocząć wzrost bariery berylowo-magnezowo-tlenku.

Wyhoduj warstwę tlenku berylu, magnezu, o grubości około 30 nanometrów w ciągu 12 minut. Okresowo pobieraj wzorce odczytu, aby monitorować ewolucję trybu wzrostu. Następnie uzyskaj ostateczny wzór odczytu i zamknij żaluzje magnezowe i berylowe, aby zakończyć wzrost tlenku berylu i magnezu.

Pozostaw otwarte żaluzje cynkowe i tlenowe jeszcze przez minutę, aby wyrosła warstwa nasadki z tlenku o grubości około dwóch nanometrów. Aby rozpocząć wytwarzanie diody, należy poddać sonikę próbki heterostruktury berylu, magnezu, tlenku, tlenku w acetonie i metanolu przez pięć minut po kolei. Płucz próbkę w wodzie dejonizowanej przez pięć minut i wysusz ją pod strumieniem azotu.

Następnie pokryj próbkę wirowo dodatnim fotorezystem i-Line. Piecz fotorezystor na miękko w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez 140 sekund. Zamaskuj próbkę i wystaw ją na działanie lampy UV o mocy 6,5 W przez 2,38 minuty.

Po upieczeniu fotorezystu w temperaturze 110 stopni Celsjusza przez 80 sekund. Następnie potrząsaj próbką w wywoływaczu fotorezystu przez 60 sekund z częstotliwością wstrząsania jednego herca. Otrzymaną próbkę płukać w wodzie dejonizowanej przez trzy minuty i suszyć pod gazowym azotem.

Następnie potraktuj próbkę zdalną plazmą tlenową o przepływie tlenu 35 SCCM w mocy RF 50 watów przez pięć minut. Na koniec załaduj próbkę do parownika wiązki elektronów i umieść 50 nanometrów srebra. Oderwać z acetonem, aby utworzyć kontakty, a następnie oczyścić i osuszyć próbkę metanolem, wodą i azotem gazowym.

Wzorce odczytu niskotemperaturowej warstwy buforowej tlenku początkowo wykazały eliptyczne plamy, wskazujące na tryb wzrostu wysp 3D. Wyżarzanie w temperaturze powyżej 700 stopni Celsjusza dało morfologię powierzchni 2D. Kolejne warstwy rosły w trybie 2D.

Mikroskopia sił atomowych wykazała niewielki wzrost chropowatości średniej kwadratowej z każdą warstwą. Dyfrakcja rentgenowska wykazała odbicia zgodne z odbiciami 0002 tlenku, azotku galu i tlenku berylu i magnezu i. Poszerzenie odbicia tlenku berylu, magnezu i przypisuje się cienkiej warstwie.

Pomiary wszystkich efektów heterostruktury wykazały spadek stężenia nośników arkuszowych wraz ze spadkiem temperatury, przy nasyceniu na poziomie około 13 kelwinów. Ruchliwość elektronów monotonicznie wzrastała wraz ze spadkiem temperatury. Obserwowane wartości na poziomie 293 kelwinów i 13 kelwinów były zgodne z wartościami literaturowymi.

Trendy te wskazują na obecność dwuwymiarowego gazu elektronowego na granicy faz berylu, magnezu,, tlenku. Krzywe napięcia gęstości prądu w temperaturze pokojowej dla srebra, berylu, magnezu, tlenku, tlenku, diod Schottky'ego, wykazały wykładniczy wzrost prądów bramki wraz z przyłożonym napięciem przewodzenia do 0,25 wolta, po czym widoczne stały się spadki napięcia na rezystancji szeregowej. Podobieństwo między krzywymi wskazywało na wysoką jednorodność próbki w płytce.

Najwyższą pozorną wysokość bariery Schottky'ego zaobserwowano przy współczynniku idealności wynoszącym 1,22. Ponieważ wykonywana metoda ma kluczowe znaczenie dla unii w celu precyzyjnej kontroli polarnej polarności tlenku na matrycach azotku galu polarnego galu, niepowodzenie w kontroli polarności powoduje heterostrukturę bez dwuwymiarowego gazu elektronowego. Utrzymanie współczynnika wszystkich sektorów poniżej 1,5 podczas zarodkowania w jednym miejscu zapewnia, że heterostruktury oparte na jednym miejscu mają całą orientację biegunową.

Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o dokładnym oczyszczeniu powierzchni próbki zarówno przed wyhodowaniem heterostruktur tlenku berylu, magnezu,, tlenku na matrycy azotku galu, jak i przed wykonaniem styków Schottky'ego na heterostrukturach. Zgodnie z tą procedurą, można zastosować inne metody, takie jak RTM i XPS, aby uzyskać wgląd w naturę pojedynczego interfejsu srebra na poziomie nanoskali. Stawiamy hipotezę, że tworzenie przewodzącego tlenku srebra na granicy faz tlenku i srebra skutkuje stabilnym kontaktem Schottky'ego.

W związku z tym takie podejście toruje drogę do stabilnego kontaktu Schottky'ego o dużej ilości w jednym miejscu. Ma to implikacje dla urządzeń, które opierają się na kontakcie Schottky'ego, w tym fotodetektorów fazy H oraz czujników chemicznych i biosensorów. Nie zapominaj, że silne rozpuszczalniki i związki zawierające beryl mogą być bardzo niebezpieczne.

Podczas tej procedury należy zawsze nosić sprzęt ochrony chemicznej, maskę i rękawice. Nosić maskę przeciwpyłową podczas ładowania i rozładowywania próbek pod kątem wzrostu MB. Należy jednak wspomnieć, że całkowita ilość berylu odparowanego w układzie MB wynosi kilka dziesiątych mikrogramów, z czego większość jest zakopana w ściankach komory w postaci ubogiego w beryl tlenku i berylu.