Name: Wytwarzanie diod Schottkyego na zn-polarnej heterostrukturze BeMgZnO/ZnO wyhodowanej metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 16 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania diod Schottky'ego na heterostrukturach BeMgZnO/ZnO metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą. Technika ta umożliwia precyzyjną kontrolę napięcia nad prądem w tranzystorach polowych HFET.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych (AFOSR) w ramach grantu FA9550-12-1-0094.

1. Wzrost i przygotowanie szablonu GaN do wzrostu MBE
<ol>
	<li>Wzrost półizolacyjnej matrycy GaN firmy MOCVD
	<ol>
		<li>Upewnij się, że zasuwa izolująca komorę blokady obciążenia od reaktora jest zamknięta. Odpowietrzyć blokadę obciążenia za pomocą N2 do ciśnienia atmosferycznego. Otwórz blokadę obciążenia, aby wyjąć uchwyt podłoża.</li>
		<li>Załaduj 2-calowe szafirowe podłoże na uchwyt, a następnie umieść uchwyt z powrotem w blokadzie załadunku. Obniż ciśnienie blokady obciążenia do 2,5×10-2 Torr za pomocą mechanicznej pompy suchej.</li>
		<li>Odpowietrzyć blokadę obciążenia za pomocą N2, aby wyrównać jej ciśnienie z ciśnieniem w komorze reaktora (15 Torr).</li>
		<li>Otwórz zasuwę odcinającą blokadę obciążenia i załaduj uchwyt do zespołu uchwytu próbki w reaktorze. Włącz silnik obrotowy i ustaw prędkość obrotową uchwytu podłoża na 100 obr./min. Następnie zamknij zasuwę.</li>
		<li>Upewnij się, że woda chłodząca jest uruchomiona, zarówno zasilanieH2, jak i NH3 jest wystarczające, odczyty regulatora przepływu masowego (MFC) i regulatora ciśnienia (PC) są takie same jak wartości zadane, a uchwyt podłoża się obraca</li>.
		<li>Przełącz gaz systemowy z N2 na H2. Włącz optyczny monitor odbicia światła in situ.</li>
		<li>Zainicjuj wzrost, uruchamiając plik receptury, który wstępnie instaluje wszystkie parametry wzrostu, w tym wzrost temperatury substratu, natężenie przepływu gazu i ciśnienie w reaktorze oraz przełączanie zaworów.</li>
		<li>Zwiększ ciśnienie w reaktorze do 30 Torr w ciągu 3 minut, a temperaturę podłoża do 1055 °C, aby desorbować resztki zanieczyszczeń z powierzchni podłoża przez 3 minuty w środowiskuH2.</li>
		<li>Obniżyć temperaturę podłoża do 941 °C w celu zarodkowania i wzrostu niskotemperaturowej warstwy buforowej AlN (LT).</li>
		<li>Ustabilizować przepływ trimetylogwinu (TMAl) jako 12 standardowych centymetrów sześciennych na minutę (sccm) i przepływ amoniaku (NH3) jako 7 sccm i temperaturę podłoża przez 3 min.</li>
		<li>Zainicjuj wzrost warstwy LT-AlN, przełączając TMAl z linii wentylacyjnej na linię biegową.</li>
		<li>Kontroluj grubość warstwy LT-AlN za pomocą niestandardowego systemu pomiaru współczynnika odbicia, który obejmuje diodę laserową 637 nm, fotodetektor p-i-n Si i oprogramowanie oparte na Labview. Określ tempo wzrostu z okresu oscylacji odbicia19,20. W wybranych próbkach wykorzystaj obrazy ze skaningowej mikroskopii elektronowej w przekroju poprzecznym i transmisyjnej mikroskopii elektronowej, aby potwierdzić dokładność monitorowania in situ.</li>
		<li>Utrzymuj wzrost przez 6 minut, aby osiągnąć grubość ~20 nm, a następnie zwiększ temperaturę podłoża do 1100 °C w ciągu 3 minut bez przerwy we wzroście i kontynuuj wzrost warstwy AlN do grubości 300 nm, zgodnie z rozwojem oscylacji odbicia optycznego in situ.</li>
		<li>Przełącz TMAl z biegu na odpowietrznik, a następnie na linię jałową, aby zatrzymać wzrost AlN. Ustabilizować przepływ trimetylagu (TMGa) na poziomie 15,5 sccm, zwiększyć przepływ NH3 do 7000 sccm i ustabilizować przez 1 minutę. Zwiększ ciśnienie w reaktorze do 76 Torr w ciągu 1 minuty. Zwiększyć temperaturę podłoża do 1107 °C w 1 minutę.</li>
		<li>Zarodkowanie i wyhodowanie warstwy odzysku GaN o grubości ~400 nm, jednocześnie monitorując ewolucję współczynnika odbicia. Początkowo współczynnik odbicia wykazuje gwałtowny spadek, gdy wyspy GaN zarodkują na powierzchni AlN, a następnie odzyskuje intensywność do pierwotnego poziomu odpowiadającego atomowo płaskiej powierzchni, gdy wyspy się łączą.</li>
		<li>Zwiększ temperaturę podłoża do 1124 °C w ciągu 2 minut. Wyhoduj wysokotemperaturową półizolacyjną warstwę GaN o grubości ~2,5 μm. Zatrzymaj wzrost, przełączając TMGa z biegu na odpowietrznik, a następnie na linię jałową.</li>
		<li>Podłoże schłodzić do temperatury pokojowej przez 40 minut.</li>
		<li>Zmniejsz ciśnienie w reaktorze do 15 Torr w ciągu 1,5 minuty.</li>
		<li>Usunąć substrat z reaktora, postępując zgodnie z procedurą odwrotną opisaną w krokach 1.1.1-1.1.4.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie i załadunek matrycy GaN do reaktora MBE
	<ol>
		<li>Pokrój 2-calowy szablon GaN na 6 równych kawałków w kształcie koła za pomocą rysika diamentowego.</li>
		<li>Przygotować roztwór kwasu wodnego królewskiego wewnątrz kwaśnego dygestorio, powoli dodając kwas azotowy (HNO3, 68,0-70,0 m/w%, 50 ml) do kwasu solnego (HCl, 36,5-38,0 w/w%, 150 mL) do zlewki kwarcowej.</li>
		<li>Umieść zlewkę do wody królewskiej na płycie grzejnej o temperaturze 220 °C.</li>
		<li>Po pojawieniu się pomarańczowo-czerwonego koloru i pęcherzyków gazu, namocz jedną matrycę GaN w kształcie ciasta w roztworze i gotuj ją przez 10 minut.</li>
		<li>Opłucz matrycę GaN pod bieżącą wodą dejonizowaną (DI) przez 3 minuty.</li>
		<li>Namoczyć matrycę GaN w roztworze HCl (36,5-38,0 m/w%):H2O (1:1) przez 3 minuty w celu usunięcia tlenku Ga.</li>
		<li>Opłucz matrycę GaN pod bieżącą wodą DI przez 5 minut.</li>
		<li>Osuszyć szablon gazemN2.</li>
		<li>Umieść oczyszczony szablon GaN na uchwycie Mo i natychmiast załaduj go do komory MBE load-lock.</li>
		<li>Rozpocznij pompowanie w dół zamka ładunkowego za pomocą mechanicznej pompy suchej.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. MBE Wzrost heterostruktur BeMgZnO/ZnO
<ol>
	<li>Przygotowanie komórek efuzyjnych
	<ol>
		<li>Po odpompowywaniu śluzy obciążeniowej przez 1 godzinę należy przystąpić do przygotowania komórek efuzyjnych Zn, Mg, Be. Ustawić temperaturę górnej strefy dwustrefowej ogniwa Zn na 525 °C z szybkością narastania 17 °C/min, odczekać 5 minut, a następnie obniżyć do 515 °C z szybkością narastania 5 °C/min. Ustaw temperaturę ogniwa Mg na 570 °C z szybkością narastania 15 °C/min, po osiągnięciu wartości zadanej, odczekaj 10 minut, a następnie zmniejsz temperaturę ogniwa Mg do 300 °C. Ustaw temperaturę ogniwa Be na 900 °C z szybkością narastania 10 °C/min, po osiągnięciu wartości zadanej, odczekaj 3 minuty, a następnie zmniejsz temperaturę ogniwa do 650 °C.</li>
		<li>Po 30 minutach ustaw dolną temperaturę strefy dwustrefowej celi Zn na 360 °C z szybkością narastania 10 °C/min.</li>
		<li>Po pompowaniu śluzy obciążeniowej przez 2 godziny, aby osiągnąć ciśnienie ~5×10-7 Torr, włącz system odbicia wysokoenergetycznej dyfrakcji elektronów (RHEED) i załaduj matrycę GaN do komory MBE.</li>
		<li>Dostosuj kąt matrycy GaN, obracając manipulator, aby monitorować ewolucję wzorca RHEED wzdłuż kierunku azymutalnego [1-100].</li>
		<li>Ustawić dolną temperaturę strefy dwustrefowej ogniwa Zn na 355 °C z szybkością narastania 10 °C/min.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kontrola polaryzacji ZnO na GaN i wzrost bufora LT-ZnO
	<ol>
		<li>Zwiększyć temperaturę podłoża do 615 °C z szybkością narastania 13,6 °C/min, aby zdesorbować resztki zanieczyszczeń z powierzchni podłoża przez 15 minut.</li>
		<li>Obniż temperaturę podłoża z 615 do 280 °C z prędkością narastania 13,6 °C/min dla wzrostu LT-ZnO. Gdy temperatura osiągnie 550 °C, otwórz przesłonę ogniwa Zn, aby naświetlić powierzchnię matrycy GaN za pomocą strumienia Zn. Włącz zasilanie plazmowe O2, ustaw moc na 100 W i sprawdź, czy przewód gazowy O2 jest zamknięty.</li>
		<li>Gdy temperatura osiągnie 280 °C, ustaw moc plazmyO2 na 400 W, ustaw natężenie przepływuO2 na 0,3 sccm, aby zapalić plazmę, a następnie zmniejsz natężenie przepływuO2 do 0,25 sccm.</li>
		<li>Odczekaj 1 minutę, a następnie otwórz migawkę O2, aby rozpocząć wzrost warstwy buforowej LT-ZnO.</li>
		<li>Nagrywaj wzorzec RHEED co 5 minut. Po wzroście przez około 15 minut, co odpowiada grubości bufora ~20 nm, gdy wzór RHEED zmienia się z pasków (tryb 2D) na eliptyczne plamki (tryb 3D), zamknij zarówno przesłony Zn, jak iO2, aby zatrzymać wzrost.</li>
		<li>Ustawić natężenie przepływu O2 na 0,4 sccm i ustawić temperaturę podłoża na 730 °C z szybkością narastania 13,6 °C/min, aby wyżarzyć warstwę buforową LT-ZnO. Ustawić dolną temperaturę strefy dwustrefowej ogniwa Zn na 345 °C z szybkością narastania 10 °C/min dla wzrostu warstwy HT-ZnO.</li>
		<li>Gdy temperatura podłoża osiągnie wartość zadaną 730 °C, odczekaj 5 minut i sprawdź powierzchnię ZnO za pomocą RHEED. Gdy wzór RHEED przechodzi z 3D do 2D, należy przerwać wyżarzanie, obniżając temperaturę podłoża do 700 °C.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wzrost warstwy ZnO o wysokiej temperaturze
	<ol>
		<li>Gdy temperatura podłoża osiągnie 700 °C i ustabilizuje się, zwiększ natężenie przepływuO2 do 3,2 sccm.</li>
		<li>Rozpocznij wzrost warstwy HT-ZnO, otwierając jednocześnie przesłony Zni O 2.</li>
		<li>Hoduj warstwę HT-ZnO przez ~140 min, aby osiągnąć grubość ~300 nm. Nagraj wzorce RHEED kilka razy podczas wzrostu, aby potwierdzić tryb wzrostu 2D.</li>
		<li>Zatrzymaj wzrost warstwy HT-ZnO, zamykając jednocześnie przesłony Zni O 2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wzrost bariery BeMgZnO
	<ol>
		<li>Ustawić natężenie przepływu O2 na 0,3 sccm, ustawić temperaturę ogniwa Be na 820 °C z szybkością narastania 10 °C/min, ustawić temperaturę ogniwa Mg na 510 °C z szybkością narastania 15 °C/min i ustawić temperaturę podłoża na 325 °C z szybkością narastania 13,6 °C/min dla wzrostu bariery BeMgZnO.</li>
		<li>Gdy temperatura podłoża ustabilizuje się, zwiększ natężenie przepływu O2 do 1,25 sccm i rozpocznij wzrost poprzez jednoczesne otwarcie żaluzji Zn, Mg, Be i O2.</li>
		<li>Warstwę barierową BeMgZnO należy hodować przez ~12 min, aby osiągnąć grubość ~30 nm. Rejestruj wzorce RHEED kilka razy podczas wzrostu, aby monitorować ewolucję trybu wzrostu.</li>
		<li>Zatrzymaj wzrost warstwy BeMgZnO, zamykając przesłonę Mg i Be, jednocześnie utrzymując otwartą migawkę Zn i O2 przez 1 minutę, aby uzyskać warstwę czapek ZnO o grubości ~2 nm.</li>
		<li>Zakończ wzrost, zamykając żaluzje Zn i O2.</li>
		<li>Zmniejsz temperaturę podłoża do temperatury czuwania 150 °C. Zmniejsz natężenie przepływuO2 do 0,25 sccm.</li>
		<li>Gdy temperatura podłoża spadnie poniżej 250 °C, zmniejsz moc plazmyO2 do 100 W, wyłącz zasilanie plazmyO2, zmniejsz natężenie przepływuO2 do 0, zamknij przewód gazowyO2 i schładzaj temperaturę ogniwa do stanu czuwania.</li>
		<li>Poczekaj, aż temperatura podłoża osiągnie temperaturę czuwania 150 °C, otwórz zasuwę komory wzrostu i rozładuj uchwyt wafla do komory załadunku.</li>
		<li>Odpowietrzyć komorę załadunku gazemN2 i wyjąć próbkę.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Charakterystyki
<ol>
	<li>Z grubsza zmierzyć grubość próbki za pomocą profilera krokowego, przez pokryty obszar na krawędzi próbki.</li>
	<li>Oceń grubość, odkształcenie i jakość strukturalną heterostruktury za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej o wysokiej rozdzielczości (HRXRD) (skany odbicia 2q-w (0002)).</li>
	<li>Pokrój próbkę na2 kwadratowe kawałki o średnicy 5×5 mm za pomocą rysika diamentowego. Zbadaj właściwości elektroniczne próbki za pomocą pomiarów efektu Halla zależnych od temperatury w geometrii van der Pauwa, z kropkami indu (In) jako elektrodami kontaktowymi.</li>
	<li>Sprawdź morfologię powierzchni za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM).</li>
</ol>
4. Produkcja diod Schottky'ego
<ol>
	<li>Wytwarzanie styków omowych na heterostrukturach BeMgZnO/ZnO
	<ol>
		<li>Odtłuścić próbkę (o wielkości ~20×20 mm2) acetonem w myjce ultradźwiękowej przez 5 minut, następnie oczyścić metanolem w myjce ultradźwiękowej przez 5 minut, spłukiwać w wodzie DI przez 5 minut i wysuszyć N2.</li>
		<li>Fotorezystor wirujący z prędkością 1000 obr./min przez 3 s, a następnie 3000 obr./min przez 30 s.</li>
		<li>Miękkie pieczenie fotorezystu w temperaturze 100 °C przez 140 s.</li>
		<li>Naświetlaj światłem UV przez omową maskę kontaktową o mocy lampy UV 6,5 mW przez 2,38 minuty na wyrównywaczu maski fotolitograficznej.</li>
		<li>Piecz fotorezystor w temperaturze 110 °C przez 80 s.</li>
		<li>Rozwijaj się w wywoływaczu przez 60 s z częstotliwością wstrząsów 1/s.</li>
		<li>Płucz w wodzie DI przez 3 minuty i wysusz suszarką z N2.</li>
		<li>Załadować próbkę do parownika wykorzystującego wiązkę elektronów.</li>
		<li>Bez podgrzewania próbki należy osadzić Ti/Au o grubości 30/50 nm, mierzonej za pomocą monitora grubości kryształu kwarcu.</li>
		<li>Odśnieżenie w acetonie, następnie czyszczenie w metanolu przez 5 minut, płukanie w wodzie demineralizowanej przez 5 minut i suszenie suszarką zN2.</li>
		<li>Wyżarzanie styku za pomocą szybkiego wyżarzania termicznego (RTA) w temperaturze 300 °C przez 30 s.</li>
		<li>Sprawdź rezystancję styku za pomocą pomiaru modelu linii przejściowej (TLM)21.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie styków Schottky'ego na heterostrukturach BeMgZnO/ZnO
	<ol>
		<li>Wykonaj kroki 4.1.1-4.1.7 dla fotolitografii kontaktu Schottky'ego.</li>
		<li>Powierzchnię próbki należy traktować zdalną plazmąO2 przez 5 minut przy przepływieO2 wynoszącym 35 sccm i mocy RF 50 W.</li>
		<li>Postępować zgodnie z krokami 4.1.8-4.1.10 w celu osadzania Ag o grubości 50 nm.</li>
		<li>Scharakteryzuj otrzymaną strukturę za pomocą pomiarów I-V dla diod Schottky'ego17.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Morkoc, H., Solomon, P. M. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/6370174/">The hemt: A superfast transistor: An experimental GaAs-AlGoAs device switches in picoseconds and generates little heat. This is just what supercomputers need.</a> IEEE spectrum. 21 (2), 28-35 (1984).</li>
<li>Aktas, O., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/585363/">Microwave performance of AlGaN/GaN inverted MODFET's.</a> IEEE Electron Device Letters. 18 (6), 293-295 (1997).</li>
<li>Leach, J. H., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3358392">Effect of hot phonon lifetime on electron velocity in InAlN/AlN/GaN heterostructure field effect transistors on bulk GaN substrates.</a> Applied Physics Letters. 96 (13), 133505(2010).</li>
<li>Sasa, S., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pssa.201000509">Microwave performance of ZnO/ZnMgO heterostructure field effect transistors.</a> Physica status solidi (a). 208 (2), 449-452 (2011).</li>
<li>Ye, D., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/47/25/255101">Enhancement-mode ZnO/Mg0.5Zn0.5O HFET on Si.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 47 (25), 255101(2014).</li>
<li>Koike, K., et al. <a target="_blank" href="https://scinapse.io/papers/2017038274">Molecular beam epitaxial growth of wide bandgap ZnMgO alloy films on (111)-oriented Si substrate toward UV-detector applications.</a> Journal of Crystal Growth. 278 (1-4), 288-292 (2005).</li>
<li>Du, X., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200901108">Controlled Growth of High-Quality ZnO-Based Films and Fabrication of Visible-Blind and Solar-Blind Ultra-Violet Detectors.</a> Advanced Materials. 21 (45), 4625-4630 (2009).</li>
<li>Ding, K., Ullah, M., Avrutin, V., Özgür, Ü, Morkoç, H. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4993853">Investigation of high density two-dimensional electron gas in Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures.</a> Applied Physics Letters. 111 (18), 182101(2017).</li>
<li>Ding, K., Avrutin, V., Özgür, Ü, Morkoç, H. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/047134608X.W6014.pub2">III-Nitride Light-Emitting Diodes.</a> Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering. , 1-21 (2017).</li>
<li>Tsukazaki, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+Hall+effect+in+polar+oxide+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Quantum Hall effect in polar oxide heterostructures.</a> Science. 315 (5817), 1388-1391 (2007).</li>
<li>Tsukazaki, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+the+fractional+quantum+Hall+effect+in+an+oxide%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Observation of the fractional quantum Hall effect in an oxide.</a> Nat Mater. 9 (11), 889-893 (2010).</li>
<li>Falson, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MgZnO%2FZnO+heterostructures+with+electron+mobility+exceeding+1+x+10%286%29+cm%282%29%2FVs%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">MgZnO/ZnO heterostructures with electron mobility exceeding 1 x 10(6) cm(2)/Vs.</a> Sci Rep. 6, 26598(2016).</li>
<li>Ullah, M. B., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pssr.201600189">Polarity control and residual strain in ZnO epilayers grown by molecular beam epitaxy on (0001) GaN/sapphire.</a> physica status solidi (RRL) Rapid Research Letters. 10 (9), 682-686 (2016).</li>
<li>Ullah, M. B., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/pssr.201700366">Characterization of Ag Schottky Barriers on Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO Heterostructures.</a> physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters. , (2017).</li>
<li>Lee, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.51.09MF07">Schottky diodes prepared with Ag, Au, or Pd contacts on a MgZnO/ZnO heterostructure.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 51 (9S2), 09MF07(2012).</li>
<li>Singh, R., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/49/44/445303/meta">Investigation of barrier inhomogeneities and interface state density in Au/MgZnO: Ga Schottky contact.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 49 (44), 445303(2016).</li>
<li>Brillson, L. J., Lu, Y. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3581173">ZnO Schottky barriers and Ohmic contacts.</a> Journal of Applied Physics. 109 (12), 121301(2011).</li>
<li>Müller, S., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4901637">Method of choice for fabrication of high-quality ZnO-based Schottky diodes.</a> Journal of Applied Physics. 116 (19), 194506(1945).</li>
<li>Figge, S., Böttcher, T., Einfeldt, S., Hommel, D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022024800006965">In situ and ex situ evaluation of the film coalescence for GaN growth on GaN nucleation layers.</a> Journal of Crystal Growth. 221 (1-4), 262-266 (2000).</li>
<li>Han, J., Ng, T. -B., Biefeld, R., Crawford, M., Follstaedt, D. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.120263">The effect of H 2 on morphology evolution during GaN metalorganic chemical vapor deposition.</a> Applied Physics Letters. 71 (21), 3114-3116 (1997).</li>
<li>Berger, H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0038110172900482">Models for contacts to planar devices.</a> Solid-State Electronics. 15 (2), 145-158 (1972).</li>
<li>Tampo, H., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3028338">Polarization-induced two-dimensional electron gases in ZnMgO/ZnO heterostructures.</a> Applied Physics Letters. 93 (20), 202104(2008).</li>
<li>Ye, J. D., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3489101">Two-dimensional electron gas in Zn-polar ZnMgO/ZnO heterostructure grown by metal-organic vapor phase epitaxy.</a> Applied Physics Letters. 97 (11), 111908(2010).</li>
<li>Šermukšnis, E., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4907907">Hot-electron energy relaxation time in Ga-doped ZnO films.</a> Journal of Applied Physics. 117 (6), 065704(2015).</li>
<li>Singh, C., Agarwal, G., Rao, G. D., Chaudhary, S., Singh, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369800110000995">Effect of hydrogen peroxide treatment on the electrical characteristics of Au/ZnO epitaxial Schottky diode.</a> Materials Science in Semiconductor Processing. 14 (1), 1-4 (2011).</li>
<li>Mohanta, S., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040609013014569">Electrical characterization of Schottky contacts to n-MgZnO films.</a> Thin Solid Films. 548, 539-545 (2013).</li>
<li>Schifano, R., Monakhov, E., Grossner, U., Svensson, B. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.2806194">Electrical characteristics of palladium Schottky contacts to hydrogen peroxide treated hydrothermally grown ZnO.</a> Applied Physics Letters. 91 (19), 193507(2007).</li>
<li>Ip, K., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.1764940">Improved Pt/Au and W/Pt/Au Schottky contacts on n-type ZnO using ozone cleaning.</a> Applied Physics Letters. 84 (25), 5133-5135 (2004).</li>
<li>Raju, N. R. C., Kumar, K. J., Subrahmanyam, A. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/42/13/135411/meta">Physical properties of silver oxide thin films by pulsed laser deposition: effect of oxygen pressure during growth.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 42 (13), 135411(2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Włączenie BeO do MgZnO w celu utworzenia czwartorzędowego BeMgZnO zapewnia możliwość dostrojenia zakresu i znaku odkształcenia w czwartorzędzie, a tym samym znacznie zwiększa gęstość 2DEG8. Reprezentatywne wyniki pokazują, że heterostruktura Be0,02Mg0,26ZnO/ZnO skutkuje gęstością 2DEG zbliżoną do pożądanej gęstości elektronów rezonansu plazmon-LO fononów (~7×1012 cm-2)24. Chociaż ruchliwość elektronów heterostruktury silnie zależy od parametrów wzrostu MBE, takich jak temperatura substratu i stosunek VI/II zarówno warstwy barierowej HT-ZnO, jak i warstwy barierowej BeMgZnO, gęstość 2DEG jest słabo zależna od warunków wzrostu i zależy głównie od zawartości Be i Mg w barierze.
Matryca GaN jest używana do wzrostu heterostruktur BeMgZnO/ZnO o wysokiej jakości krystalicznej ze względu na umiarkowane niedopasowanie sieci wynoszące 1,8% między GaN i ZnO, w porównaniu z dużym niedopasowaniem sieci wynoszącym 18% między szafirem a ZnO. Aby uniknąć przewodzącego kanału równoległego, bardzo ważne jest, aby mieć wysoką rezystancję w zakresie MΩ/kwadrat dla matrycy GaN. W naszym przypadku osiąga się to poprzez uprawę przy niskim ciśnieniu w komorze wynoszącym 76 Torr w celu zwiększenia kompensacji emisji dwutlenku węgla. Aby zapewnić kontrolę polarności w heterostrukturach BeMgZnO/ZnO (polarność Zn), niezbędna jest staranna obróbka powierzchni matrycy GaN. Jakiekolwiek utlenienie lub zanieczyszczenie wprowadzone podczas otrzymywania na powierzchni GaN indukowałoby polarność mieszanin Zn i O w heterostrukturach, nawet jeśli spełniony jest stosunek VI/II wyznacznika <1,5.
Każda reakcja chemiczna między metalem a półprzewodnikiem, obecność zanieczyszczeń powierzchniowych, stany, defekty w pobliżu powierzchni oraz dyfuzja metalu do półprzewodnika to częste problemy w dziedzinie wytwarzania styków Schottky'ego. W literaturze opisano różne metody przygotowania powierzchni ZnO do wytwarzania kontaktowego Schottky'ego. Wśród nich jest wytrawianie w HCl (lub innych kwasach), wytrawianie fizyczne za pomocą Ar+, czyszczenie ozonem UV, obróbka w plazmie H2O2 i O2 plazmie (lub mieszanina z He)25,26,27,28. Procedury trawienia mają na celu usunięcie warstwy powierzchniowej o grubości od kilku nanometrów do mikronów i dlatego nie mogą być stosowane w urządzeniach HFET. Procedura czyszczenia UV-Ozone lub plazmaO2 usuwa tylko warstwę powierzchniową. Dlatego doskonale nadaje się do przygotowania powierzchni naszych heterostruktur BeMgZnO/ZnO.
Zwykle styki Schottky'ego uzyskuje się poprzez osadzenie metalu o wysokiej funkcji pracy, takiego jak Pd, Pt, Ir, itp. Natomiast Ag ma niską funkcję pracy wynoszącą 4,26 eV. Mimo to urządzenia wykorzystujące elektrodę Ag mogą wykazywać zachowanie prostownicze dzięki tworzeniu warstwy międzyfazowej tlenku srebra spowodowanej częściowym utlenieniem Ag tlenem z matrycy ZnO. Utworzona w ten sposób warstwa tlenkowa jest przezroczysta dla elektronów i ma wyższą funkcję pracy w porównaniu do Ag. Raju i wsp. zgłosiły funkcje pracy około 5,5 eV dla AgO hodowanego przez impulsowe osadzanie laserowe (PLD), które jest o 1,3 eV wyższe niż Ag i zbliżone do charakterystyki Pd, Pt i Ir29. Nasze wyniki wskazują, że elektroda Ag (ze wstępną obróbką plazmowąO2 na powierzchni heterostruktury ZnO) jest obiecującym metalem kontaktowym do tworzenia diod Schottky'ego.
Zademonstrowaliśmy metodę wytwarzania wysokiej jakości styków Schottky'ego dla HFET opartych na ZnO. Matryca GaN wyhodowana w MOCVD ze starannym przygotowaniem powierzchni tuż przed wzrostem MBE i niskim stosunkiem VI/II <1,5 podczas zarodkowania ZnO zapewniają orientację Zn-polarną heterostruktur opartych na ZnO o wysokiej jakości. MOCVD jest szeroko stosowaną dojrzałą techniką epitaksji GaN do różnych zastosowań. Procedura MBE opisana w tej pracy wskazuje na łączność technik MOCVD i MBE oraz półprzewodników GaN i tlenkowych w urządzeniach elektronicznych. Włączenie niewielkiej ilości Be do warstwy barierowej BeMgZnO powoduje, że HFET mają wysoką gęstość 2 stopnie Celsjusza, wysoką ruchliwość elektronów i wysoką stabilność termiczną, co zapewnia lepszą wydajność przy dużych prędkościach.

Tranzystory polowe o heterostrukturze (HFET) oparte na dwuwymiarowym gazie elektronowym (2DEG) mają obiecujący potencjał do zastosowań w szybkich urządzeniach elektronicznych1,2,3. Tlenek (ZnO) jako półprzewodnik o szerokim paśmie wzbronionym (3,4 eV) o wysokiej prędkości nasycenia elektronami zyskał znaczną uwagę jako platforma dla HFET4,5. Konwencjonalnie stosowany materiał barierowy MgZnO trójskładnikowy wymaga bardzo wysokiej zawartości Mg (>40%) uprawianej w niskich temperaturach podłoża (300 °C lub niższych)6,7, i jako takie struktury te są podatne na degradację podczas operacji o dużej mocy i podczas obróbki termicznej, nawet jeśli niepożądana gęstość ładunku w barierze jest wystarczająco niska, aby można było modulować bramkę. Aby obejść tę przeszkodę, zaproponowaliśmy i przyjęliśmy BeMgZnO jako barierę, w której znak odkształcenia w barierze może być przełączany z ściskającego na rozciągający poprzez włączenie berylu (Be), dzięki czemu polaryzacja spontaniczna i piezoelektryczna są addytywne. W rezultacie można osiągnąć wysokie stężenie 2DEG przy stosunkowo umiarkowanej zawartości Mg. Wykorzystując to podejście, wysokie gęstości 2DEG obserwuje się w pobliżu rezonansu fononowego plazmon-LO (~7×1012 cm-2) w heterostrukturach BeMgZnO/ZnO, podczas gdy zawartość Mg poniżej wynosi 30%, a zawartość Be tylko na poziomie 2~3%8.
Ze względu na podobną symetrię kryształów, przezroczystość UV i światła widzialnego, solidne właściwości fizyczne i chemiczne oraz niski koszt, szafir płaski c jest szeroko stosowany do epitaksji zarówno GaN, jak i ZnO. Dzięki niezwykłemu postępowi osiągniętemu w technologii wzrostu urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych opartych na GaN na saphhire, wysokiej jakości szablony GaN mogą być łatwo wytwarzane na podłożach szafirowych przy użyciu AlN lub niskotemperaturowego (LT) bufora GaN, pomimo dużego niedopasowania sieci wynoszącego 16% z sapphire9. Epitaksjalny wzrost ZnO, który ma jeszcze większe niedopasowanie sieci w płaszczyźnie wynoszące 18% z szafirem, jest stosunkowo dobrze poznany dla odmiany O-polarnej, podczas gdy wzrost materiału Zn-polarnego w trybie dwuwymiarowym nie jest dobrze ustalony. Ze względu na umiarkowane niedopasowanie sieci wynoszące 1,8%, epitaksja ZnO na GaN jest atrakcyjną alternatywą.
Zarówno MOCVD, jak i MBE są najbardziej skutecznymi technikami osadzania półprzewodników do wytwarzania wysokiej jakości cienkich warstw i heterostruktur o wysokiej powtarzalności. Głównym powodem, dla którego MBE jest mniej popularny niż MOCVD w epitaksji GaN, jest koszt i nieadekwatność do masowej produkcji. Tempo wzrostu GaN przez MOCVD może wynosić kilka mikrometrów na godzinę, a dziesiątki wafli o średnicy 2 cali (50 mm) lub tych o wielkości 6-8 cali można wyhodować w jednym przebiegu9. W tym przypadku również przyjmujemy MOCVD do wzrostu GaN w naszym badaniu. Jednak w związku z rozwojem heterostruktur opartych na ZnO, MBE realizuje obecnie więcej raportów na temat powstania 2DEG przed komercjalizacją potencjalnych zastosowań10,11,12. Ostatnio opracowaliśmy wzrost MBE wysokiej jakości heterostruktur ZnO z dokładną kontrolą polarności powierzchni na szablonach Ga-polar GaN13. Stwierdzono, że przy traktowaniu Zn przed ekspozycją, warstwy ZnO wyhodowane w ten sposób wykazywały polarność Zn przy zarodkowaniu z niskimi stosunkami VI/II (<1,5), podczas gdy te zarodkowane ze stosunkami VI/II powyżej 1,5 wykazywały polarność O. Aby uniknąć równoległego kanału przewodzenia przez matryce GaN, zastosowaliśmy półizolacyjny GaN MOCVD z kompensacją węglową hodowany w warunkach niskiego ciśnienia na buforze AlN w celu późniejszego wzrostu struktur HFET na bazie ZnO.
Przed rozpoczęciem naszej pracy14, nie było żadnych doniesień na temat badań diod Schottky'ego na heterostrukturach BeMgZnO/ZnO. Tylko kilka badań doniosło o kontaktach Schottky'ego z MgZnO15,16, np. ze współczynnikiem idealności 2,37, wysokością bariery 0,73 eV i współczynnikiem rektyfikacji wynoszącym tylko 103 15. Różne metale Schottky'ego zostały użyte do ZnO17, a wśród nich srebro (Ag) zostało szeroko przyjęte, ze względu na stosunkowo wysoką wysokość bariery Schottky'ego wynoszącą 1,11 eV na masowym ZnO ze współczynnikiem idealności 1,08 18.
W tej pracy staramy się wyprodukować wysokiej jakości diody Schottky'ego do zastosowań w szybkich urządzeniach HFET opartych na ZnO. Poniższy protokół ma zastosowanie w szczególności do wytwarzania diod Schottky'ego Ag/BeMgZnO/ZnO przez odparowanie wiązką elektroniczną Ag na heterostrukturach BeMgZnO/ZnO wyhodowanych przez wspomagane plazmą MBE na matrycach GaN osadzonych w MOCVD.

<table><tbody><tr><td>MOCVD</td><td>Emcore</td><td></td><td>zbudowane na zamówienie</td></tr><tr><td>MBE</td><td>SVT Associates</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TMAl</td><td>SAFC</td><td>CAS: 75-24-1</td><td></td></tr><tr><td>TMGa</td><td>SAFC</td><td>CAS: 1445-79-0</td><td></td></tr><tr><td>NH3</td><td>Grupa Linde</td><td>CAS: 7664-41-7</td><td></td></tr><tr><td>H2</td><td>National Welders Supply Co.</td><td>nr części dostawcy 335-041</td><td>klasa 5.0</td></tr><tr><td>O2</td><td>National Welders Supply Co.</td><td>Nr części dostawcy Tlen klasy przemysłowej OX 300</td>, <td>butla wielkości 300, CGA-540</td></tr><tr><td>Mg</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Nr produktu: 474754-25G</td><td>MAGNEZ, DESTYLOWANY, KAWAŁKI DENDRYTYCZNE, 99,998% NA BAZIE METALI</td></tr><tr><td>Bądź</td><td>ESPI Metals</td><td>Nr katalogowy K646b</td><td>Kawałki berylu, 3N</td></tr><tr><td>Zn</td><td>Alfa Aesar, Thermo Fisher Scientific Chemicals Inc.</td><td>Numer katalogowy: 10760-30</td><td>Śrut cynkowy, 1-6 mm (0,04-0,24 cala), Puratronic, 99,9999%</td></tr><tr><td>Au</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nr części EVMAUXX40G</td><td>Złota kulka, 99,99%</td></tr><tr><td>Ag</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>część nr. EVMAG40QXQ</td><td>Srebrne granulki, 99,99%</td></tr><tr><td>Ti</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>część nr. EVMTI45QXQ</td><td>Granulki tytanu, 99,995%</td></tr><tr><td>Deweloper</td><td>Rohm and Haas electronic Materials LLC</td><td>MF-CD-26</td><td>Numer materiału 10018050</td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>Rohm and Haas electronic Materials LLC</td><td>SPR 955</td><td>Numer materiału 10018283</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie diod schottky'ego na zn-polarnej heterostrukturze bemgzno/zno wyhodowanej metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Tranzystory polowe (HFET) wykorzystujące dwuwymiarowy kanał gazu elektronowego (2DEG) mają duży potencjał do zastosowań w urządzeniach o dużej prędkości. Tlenek (ZnO), półprzewodnik o szerokim paśmie wzbronionym (3,4 eV) i wysokiej prędkości nasycenia elektronów, zyskał dużą uwagę jako atrakcyjny materiał dla urządzeń o dużej prędkości. Wydajna modulacja bramki wymaga jednak wysokiej jakości styków Schottky'ego na warstwie barierowej. W tym artykule przedstawiamy naszą procedurę wytwarzania diody Schottky'ego na zn-polarnej heterostrukturze BeMgZnO/ZnO o wysokiej gęstości 2DEG, którą uzyskuje się poprzez modulację odkształcenia i włączenie kilku procent Be do bariery opartej na MgZnO podczas wzrostu przez epitaksję wiązki molekularnej (MBE). Aby osiągnąć wysoką jakość krystaliczną, jako podłoże do późniejszego wzrostu warstw tlenkowych warstw tlenkowych stosuje się niemal dopasowane do sieci matryce GaN o wysokiej rezystywności wyhodowane metodą metaloorganicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej (MOCVD). Aby uzyskać wymaganą polarność Zn, stosuje się staranną obróbkę powierzchniową matryc GaN i kontrolę stosunku VI/II podczas wzrostu niskotemperaturowej warstwy zarodkowania ZnO. Elektrody Ti/Au służą jako styki omowe, a elektrody Ag osadzone na wstępnie obrobionej plazmie O2 powierzchni BeMgZnO są używane do styków Schottky'ego.

Lewa kolumna Rysunku 1 przedstawia ewolucję obrazu RHEED zarejestrowanego w kierunku azymutalnym [1-10] podczas wzrostu MBE heterostruktury Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO z warstwą HT-ZnO o grubości 30 nm i barierą Be0.02Mg0.26ZnO o grubości 30 nm. Prawa kolumna pokazuje reprezentatywne morfologie powierzchni na różnych etapach wzrostu (nie pochodzące z tej samej próbki). Jak wynika z pojawienia się kropkowanego obrazu RHEED, warstwa buforowa LT-ZnO charakteryzuje się trójwymiarowym (3D) trybem wzrostu wyspowego. Jej morfologia powierzchni została poprawiona poprzez wygrzewanie termiczne w temperaturze powyżej 70 °C. Wyraźnie widać, że powierzchnia przekształciła się z morfologii 3D w 2D. Następnie warstwa HT-ZnO kontynuuje wzrost w trybie 2D, po czym następuje wzrost 2D warstwy Be0.02Mg0.26ZnO bez tworzenia się drugiej fazy. Pomiary AFM wykazały, że szablon GaN posiada średnią kwadratową (RMS) chropowatość wynoszącą 0,28 nm dla skanu 5×5 μm2. Gładka powierzchnia o chropowatości RMS wynoszącej 0,35 nm została uzyskana dla warstwy HT-ZnO bez bariery poprzez wzrost w warunkach bogatych w tlen, natomiast chropowatość RMS wynosząca 0,45 nm została zaobserwowana po wzroście bariery BeMgZnO.
Na Rysunku 2 przedstawiono skan HRXRD trzechosiowy 2θ-ω dla typowej heterostruktury Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO o polarności Zn, z warstwą HT-ZnO o grubości 30 nm oraz warstwą barierową Be0.02Mg0.26ZnO o grubości 50 nm. Refleksy przy 34,46 o, 34,54 o i 34,75 o odpowiadają odpowiednio refleksom (02) dla ZnO, GaN oraz Be0.02Mg0.26ZnO. Należy zauważyć, że poszerzenie refleksu od Be0.02Mg0.26ZnO wynika z małej grubości tej warstwy. Rozciągające naprężenie dwuosiowe w warstwie ZnO wskazuje na heterostrukturę o polarności Zn, co zostało zbadane w naszej poprzedniej pracy13. Zawartość Be i Mg w czwórniku BeMgZnO obliczono na podstawie kąta Bragga dla refleksu XRD (002) oraz energii emitowanych fotonów w widmie niskotemperaturowej fotoluminescencji (LT-PL) mierzonej w temperaturze 13 K (brak rysunku).
Rysunek 3 przedstawia wyniki pomiarów efektu Halla w zależności od temperatury dla heterostruktury Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO. Powierzchniowe stężenie nośników spadło z 8,8×1012 cm-2 do 6,4×1012 cm-2 podczas chłodzenia próbki z temperatury pokojowej (293 K) do około 100 K. Przy dalszym chłodzeniu do 13 K powierzchniowe stężenie nośników nasyca się na poziomie 6,2×1012 cm-2. Wynik ten wskazuje, że obserwowany spadek stężenia elektronów wynika z wkładu równoległych kanałów przewodzenia, do których należą wadliwa warstwa nukleacyjna i warstwa HT-ZnO, a także ewentualnie bariera Be0.02Mg0.26ZnO. Taka tendencja była zgłaszana również dla heterostruktur MgZnO/ZnO10,2. Mobilność elektronów w heterostrukturze Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO zwiększa się monotonicznie wraz ze spadkiem temperatury; zarówno mobilność w 293 K wynosząca 206 cm2/Vs, jak i mobilność w 13 K wynosząca 150 cm2/Vs są porównywalne z wartościami literaturowymi2,23. Ewolucja właściwości elektronicznych w funkcji temperatury wyraźnie wskazuje na obecność 2DEG na heterointerfejsie Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO.
Rysunek 4 przedstawia krzywe prądowo-napięciowe (I-V) zmierzone w temperaturze pokojowej dla czterech reprezentatywnych diod Schottky’ego Ag/Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO o powierzchni Schottky’ego 1,1×10-4 cm2 w obrębie jednego wafla. Prądy przewodzenia rosną wykładniczo wraz z przyłożonym napięciem do 0,25 V, powyżej którego stają się widoczne spadki napięcia na rezystancji szeregowej. Najwyższą wysokość bariery Schottky’ego Φap wynoszącą 1,07 eV uzyskano przy współczynniku idealności n równym 1,2. Współczynniki prostownictwa rzędu około 1×108 osiągnięto, wykorzystując wartości prądu zmierzone przy V=±2 V.
<img alt="Analiza powierzchni cienkich warstw; wartości RMS w nm; podłoże z GaN; warstwy ZnO; porównanie efektu wyżarzania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58113/58113fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Charakterystyka powierzchni. Lewa kolumna przedstawia wzory RHEED uzyskane wzdłuż kierunku azymutalnego [1-10] podczas wzrostu Be metodą MBE0.02Mg0.26heterostruktura ZnO/ZnO, a prawa kolumna przedstawia morfologię powierzchni matrycy GaN, warstwy HT-ZnO oraz Be0.02Mg0.26Warstwa ZnO zmierzona za pomocą AFM. Technologia bufora LT-ZnO umożliwia wzrost w trybie 2D wysokiej jakości heterostruktur ZnO na podłożach GaN o niskim niedopasowaniu sieciowym. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58113/58113fig1large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
<img alt="Wykres XRD przedstawiający piki dyfrakcyjne dla GaN, ZnO, BeMgZnO; dane analizy krystalicznej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58113/58113fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rycina 2. HRXRD heterostruktury. Trójosiowy skan 2θ-ω HRXRD typowej warstwy Be o polaryzacji Zn0.02Mg0.26heterostruktura ZnO/ZnO z warstwą Be o grubości 50 nm0.02Mg0.26warstwa barierowa ZnO. Refleksy przy 34,46 o, 34.54 o, oraz 34,75 Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. są zgodne z refleksami (002) ZnO, GaN i Be0.02Mg0.26odpowiednio ZnO. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58113/58113fig2large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres ruchliwości elektronów w funkcji temperatury; koncentracja powierzchniowa, zmienność ruchliwości; badanie półprzewodników." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58113/58113fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Właściwości elektroniczne heterostruktury. Zależności temperaturowe powierzchniowej gęstości nośników i ruchliwości elektronów w warstwie Be o polaryzacji Zn0.02Mg0.26heterostruktura ZnO/ZnO <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58113/58113fig3large.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Wykresy prądowo-napięciowe, pomiar gęstości prądu, charakterystyki J-V, analiza fotowoltaiczna." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58113/58113fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rycina 4. Diody Schottky’ego. Typowy I-V charakterystyka czterech reprezentatywnych Ag/Be0.02Mg0.26Diody Schottky'ego ZnO/ZnO mierzone w temperaturze pokojowej. Podobieństwo czterech krzywych I-V wskazuje na wysoką jednorodność próbki w obrębie wafla. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58113/58113fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

Osiągnięcie wysokiej jakości styków Schottky'ego jest niezbędne do osiągnięcia efektywnej modulacji bramki w tranzystorach polowych o heterostrukturze (HFET). Przedstawiono metodologię wytwarzania i charakterystykę diod Schottky'ego na zn-polarnych heterostrukturach BeMgZnO/ZnO z dwuwymiarowym gazem elektronowym o dużej gęstości (2DEG), hodowanymi metodą epitaksji wiązki molekularnej wspomaganej plazmą na matrycach GaN.

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

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

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.

fabrication-schottky-diodes-on-zn-polar-bemgznozno-heterostructure

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisujemy zastosowanie pulsacyjnego osadzania laserowego (PLD), fotolitografii i technik łączenia drutów do tworzenia złożonych urządzeń tlenkowych w skali mikrometrycznej. PLD jest wykorzystywany do hodowli cienkich warstw epitaksjalnych. Wprowadza się techniki fotolitografii i łączenia drutowego w celu stworzenia praktycznych urządzeń do celów pomiarowych.

Wytwarzanie przestrzennie ograniczonych złożonych tlenków

Zaoferowaliśmy metodę bezpośredniej syntezy cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c (0002) poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą. Zsyntetyzowana cienka warstwa ZnO w połączeniu z elektrodą palcową Pt została wykorzystana jako warstwa detekcyjna dla fotodetektora ultrafioletowego, wykazując wysoką wydajność dzięki połączeniu dobrej czułości i niezawodności.

Synteza i charakterystyka cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c za pomocą plazmowego systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej i jego zastosowania w fotodetektorze UV

Przedstawiono jednoetapową metodę wytwarzania w celu uzyskania samodzielnej podwójnej heterostruktury epitaksjalnej. Podejście to może doprowadzić do osiągnięcia pokrycia ZnO o większej gęstości liczbowej niż w przypadku pojedynczej heterostruktury epitaksjalnej, co doprowadzi do powstania nanogeneratora piezoelektrycznego o zwiększonej wyjściowej wydajności elektrycznej.

Przygotowanie podwójnej heterostruktury epitaksjalnej nanopręta ZnO/grafenu/nanopręta ZnO dla nanogeneratora piezoelektrycznego za pomocą podgrzewania hydrotermalnego

Ta praca szczegółowo opisuje procedury wzrostu i charakterystyki krystalicznego SrTiO3 bezpośrednio na podłożach germanowych poprzez osadzanie warstw atomowych. Procedura ilustruje zdolność całkowicie chemicznej metody wzrostu do monolitycznego integrowania tlenków z półprzewodnikami w urządzeniach półprzewodnikowych z tlenkami metali.

Epitaksjalny wzrost perowskitowego tytanianu strontu na germanie poprzez osadzanie warstwy atomowej

Epitaksja wiązki molekularnej jest używana do hodowli N-polarnych tranzystorów o wysokiej ruchliwości elektronów (HEMT) z barierą InAlN. Kontrola przygotowania płytki, warunków wzrostu warstw i struktury epitaksjalnej skutkuje gładkimi, jednorodnymi kompozycyjnie warstwami InAlN i HEMT o ruchliwości do 1 750 cm2/V∙s.

Wspomagana plazmą epitaksja wiązki molekularnej tranzystorów o wysokiej ruchliwości elektronów N-polarnych barier InAlN

Kolumnowe struktury tlenku w postaci prętów są syntetyzowane przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane aerozolem bez użycia wstępnie osadzonych cząstek katalizatora. Metoda ta jest skalowalna i kompatybilna z różnymi podłożami na bazie krzemu, kwarcu lub polimerów.

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej struktur tlenków metali wspomagane aerozolem: pręty z tlenku

W tym artykule prezentujemy protokół bezpośredniego wyhodowania epitaksjalnego, ale elastycznego elementu pamięci tytanianu cyrkonu ołowiowego na mice muskowitowej.

Metoda wytwarzania i pomiaru elastycznego elementu ferroelektrycznego opartego na heteroepitaksji van der Waalsa

Teoretyczne obliczenia i eksperymentalna weryfikacja są proponowane w celu zmniejszenia gęstości dyslokacji gwintów (TD) w warstwach epitaksjalnych germanu z półcylindrycznymi pustkami na krzemie. Przedstawiono obliczenia oparte na oddziaływaniu TD z powierzchnią za pomocą siły obrazu, pomiary TD oraz obserwacje TD za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego.

Obliczenia teoretyczne i weryfikacja eksperymentalna redukcji dyslokacji w warstwach epitaksjalnych germanu z półcylindrycznymi pustkami na krzemie

Ten artykuł opisuje wzrost warstw epitaksjalnych Mg3N2 i Zn3N2 na podłożach MgO za pomocą plazmowej epitaksji wiązki molekularnej z gazem N2 jako źródłem azotu i optycznym monitorowaniem wzrostu.

Wspomagany plazmą wzrost epitaksji wiązki molekularnej cienkich warstw Mg3N2 i Zn3N2

Wiązka molekularna sprzężona z przestrajalnym próżniowym spektrometrem masowym fotojonizacji ultrafioletowej w synchrotronie dostarcza wygodnego narzędzia do badania struktury elektronowej izolowanych cząsteczek i klastrów fazy gazowej. Za pomocą tej techniki wyjaśniono mechanizmy transferu protonów w dimerach zasad DNA.

Spektrometria mas wiązki molekularnej z przestrajalnym próżniowym promieniowaniem synchrotronowym ultrafioletowym (VUV)

Poznaj metodę wytwarzania diod Schottky'ego na heterostrukturach BeMgZnO/ZnO metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą. Technika ta umożliwia precyzyjną kontrolę napięcia nad prądem w tranzystorach polowych HFET.

Wytwarzanie diod Schottkyego na zn-polarnej heterostrukturze BeMgZnO/ZnO wyhodowanej metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów