Name: assistido por plasma Molecular Beam Epitaxy de N-polar InAlN barreiras Transistores de alta electron-mobility (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 31 s
Description: Aprenda a técnica de epitaxia por feixe molecular para fabricar transistores HEMT de alta mobilidade com barreiras de InAlN N-polar. Este método permite alcançar mobilidades de até 1.750 cm²/V∙s.

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Os autores agradecem ao Sr. Neil Green pela ajuda na preparação da amostra. Este trabalho foi apoiado pelo Escritório de Pesquisa Naval sob financiamento do Dr. P. Maki. O MTH foi apoiado por uma bolsa de pós-doutorado do Conselho Nacional de Pesquisa.

1. efusão celular Ramp e Flux Calibração <ol><li> Confirmar N2 líquido está fluindo para os crio painéis e que a câmara de crescimento atingiu pressão base. </li><li> Rampa até as células de efusão para a sua medição de fluxo de feixe de temperatura (MAB) a uma taxa de rampa de 1 ° C / segundo para Ga e nas células, e 10 ° C / min para o Al. Aguarde 1 hora para as células se estabilize termicamente. </li><li> Abrir o obturador de cada célula para 30-60 segundos e, em seguida, fechar o obturador para 1-2 min. Repetir três vezes para cada célula. Rejeitar a primeira medição de nível de iões de fluxo de feixe e, em média, o segundo dois. Ajustar a temperatura da célula para atingir o fluxo desejado de acordo com calibrações fluxo / temperatura anteriores. </li></ol> 2. Substrato Preparação e Carregamento <ol><li> Ex limpeza substrato situ <ol><li> Carga epi-ready N-polar GaN substratos diretamente, sem qualquer limpeza ex situ. Se a bolacha foi exposto ao ar durante maisdo que algumas horas, lavar com acetona (30 seg), isopropanol (30 seg) e desionizada (DI) de água (60 seg). A lavagem é preferida a imersão, quando possível, uma vez que tende a deixar menos partículas sobre a superfície da bolacha. NOTA:. Para Ga-polar GaN substratos uma superfície mais rigorosa limpa é recomendado 23 </li></ol></li><li> carga wafer <ol><li> Feche a válvula de porta de isolamento lock-carga e ventilação com N2. </li><li> Carregar a bolacha no suporte e voltar a cassete para o bloqueio de carga. Ligue a bomba de desbaste de bloqueio de carga e abrir a válvula da bomba de desbaste e válvula do colector. </li><li> Quando a pressão de admissão caiu abaixo de 0,1 Torr, fechar as válvulas da bomba múltiplas e desbaste. Desligue a bomba de desbaste e abra a válvula de isolamento da bomba turbo carga-lock. </li><li> Permitir o bloqueio de carga para bombear para baixo por 30-60 min. Idealmente, usar uma pressão de bloqueio de carga 10 -6 -7 -10 torr antes de transferir para a câmara de preparação. </li><li>Abrir a fechadura de carga para a câmara de preparação, e transferir o wafer ao carro usando a vara oscilação. Em seguida, use o carro para transferir o wafer para a estação de liberação de gases na câmara de preparação. Mover o carrinho manualmente ao longo de um trilho usando um canal de alimentação rotativo na câmara de preparação. </li></ol></li><li> outgas wafer <ol><li> Rampa a temperatura do aquecedor estação de saída de gás a 700 ° C ao longo de 10 min. </li><li> Após 30 min, rampa a temperatura de volta para baixo para 100 ° C. Quando a temperatura é ≤ 250 ° C, transferir a bolacha de volta para o carrinho com a vara de oscilação na estação de saída dos gases. </li></ol></li><li> Carga da bolacha para a câmara de crescimento <ol><li> Abaixe o manipulador substrato para a posição de carga, abrir a válvula de porta câmara de preparação / crescimento e transferir o titular da bolacha para o manipulador. </li><li> Elevar o manipulador para a posição de crescimento, perto do aquecedor substrato. </li><li> Remova o carrinho e close a válvula de portão. </li><li> Abra a válvula de N 2 válvula de garrafa, válvula reguladora ea agulha isolamento. Defina o controlador de fluxo de massa (MFC) para 1,5 sccm (ou conforme necessário para obter uma pressão de câmara de 3-4 x 10 -5 Torr). A pressão ideal para a ignição do plasma é fortemente dependente do sistema. Note-se que o N2 deve ser ultra-elevada pureza (de um modo preferido melhor do que 6N) e um filtro adicional é usado em linha para reduzir ainda mais as impurezas. </li><li> Com o N * e principais janelas fechadas, ligue a fonte de alimentação RF plasma e controlador da rede de auto-matching. Aumentar a potência de RF até que o plasma inflama. </li><li> Definir a potência de RF e o fluxo de N2 para as condições do processo desejadas, neste caso, de 350 W e 2,0 sccm. O N * fluxo resultante de dadas condições de plasma é dependente do sistema, mas aqui, estas condições produzem uma taxa de crescimento de GaN de 5,0 nm / min, ou um N * fluxo de 1,8 nm -2 seg -1. Monitorar a estabilidade do plasma com um espectrómetro ligado aojanela traseira da câmara de plasma. </li></ol></li><li> Na preparação da superfície situ: deposição de Ga e dessorção <ol><li> Rampa até o aquecedor de substrato a 10 ° C acima da temperatura de crescimento de GaN desejado com uma taxa de rampa de ≤1 ° C / seg. Neste caso, usar uma temperatura da bolacha estimada de 730 ° C. </li><li> Ligue o sistema RHEED prestar atenção para a degradação da superfície do wafer e monitorar a cobertura Ga. Ligue manualmente a rotação do substrato. Configurar o software de aquisição de RHEED acionado para recolher um padrão RHEED uma vez por rotação substrato para fornecer uma imagem estática enquanto o substrato está a rodar durante o crescimento. </li><li> Abra o obturador do substrato e do obturador Ga durante 1 min. Assegurar a intensidade RHEED diminui, em seguida, atinge um patamar tão Ga acumula. Ga fluxo deve ser semelhante ao utilizado para o crescimento de GaN. Aqui, o fluxo Ga é de aproximadamente, 3,7 nm -2 seg -1. </li><li> Feche o obturador por 2 min e garantir a RHEEDintensidade aumenta e atinge um patamar antes do final da 2 min, indicando dessorção Ga. </li><li> Repita os passos 2.5.2-2.5.4 três vezes, 24 e, em seguida, a rampa do substrato para a temperatura de crescimento de GaN. </li></ol></li></ol> Crescimento 3. HEMT <ol><li> crescimento tampão <ol><li> Iniciar o crescimento através da abertura do obturador * N por um 1 min nitretação. </li><li> Crescer uma camada de AlN nucleação fina 1-3 nm rico-N, abrindo o obturador Al. Esta camada de nitreto de alumínio pode ajudar a prevenir a geração de deslocamento de segmento, 25 no entanto, a camada de nitreto de alumínio complica medições de difracção (DRX) de raios X e não é recomendado para amostras de calibração baseada em XRD. Utilizar o mesmo fluxo de Al como para a camada InAlN, ou cerca de 0,36 nm -2 seg -1, dando uma taxa de crescimento de aproximadamente 1 nm / min. </li><li> Fechar o obturador Al e N * e imediatamente abrir o obturador Ga durante 10 seg para permitir Ga para saturar a superfície, a intensidade RHEED deve diminuir rapidly. Abra o obturador N * (com o obturador Ga ainda em aberto) e crescer 5 min de GaN. Use Seja ou C doping, especialmente para autônomo substratos Gan, para evitar correntes de fuga elétricos no buffer. </li><li> Fechar as persianas Ga e N * para uma interrupção de crescimento de 1 min. Monitorar a intensidade RHEED. Se a intensidade RHEED aumenta imediatamente, então o fluxo Ga não é suficientemente elevada. Se a intensidade RHEED aumenta após&gt; 30 seg ou não atingir um patamar dentro de 1 min, em seguida, o fluxo de Ga for muito elevada. Veja a Figura 3. </li><li> Aumentar a temperatura do substrato por poucos graus (ou reduzir a temperatura da célula de efusão Ga) para compensar o elevado fluxo Ga visto em 3.1.4. Se o fluxo Ga foi muito baixa, diminua a temperatura do substrato (ou aumentar a temperatura da célula de efusão Ga) para compensar. <ol><li> Repetir Passos 3.1.3-3.1.5 até que haja um atraso de 15-30 seg antes da intensidade RHEED aumenta e a intensidade RHEED atinge um patamar antes de 1 min. </li></ol></li&gt; <li> Continue repetindo Passos 3.1.4-3.1.5 até que a espessura de GaN desejado seja alcançado. Determinar a espessura multiplicando o tempo total de crescimento de a taxa de crescimento calibrado. Para o crescimento Ga-rico, determinar a taxa de crescimento por N * de fluxo, o que por sua vez pode ser calculada usando DRX para medir a espessura de um tempo de crescimento conhecido de uma amostra de calibração cultivadas separadamente. </li></ol></li><li> Crescimento barreira InAlN <ol><li> Esperar um adicional de 1 min após o passo de crescimento de GaN final para garantir que todos Ga tenha evaporado. </li><li> aumentar rapidamente até a temperatura de crescimento para aproximadamente InAlN 630 ° C. Permitir que a temperatura do substrato a estabilizar durante cerca de 2 min. </li><li> Abra o IN, Al, e N * persianas. A intensidade RHEED deve diminuir até atingir um limite dentro dos primeiros 3 min. redução contínua da intensidade RHEED pode indicar acúmulo de Na, que é prejudicial para o crescimento InAlN. O padrão RHEED deve permanecer entremeadas, indicando uma superfície lisa. a In e fluxos Al são cerca de 0,31 e 0,36 nm -2 seg -1, dando uma taxa de crescimento limitada grupo-III de 1,25 nm / min. </li><li> Feche o In, Al, e N * obturadores após a espessura da barreira desejada tenha sido atingida. Para o crescimento de N-rico, determinar a taxa de crescimento por o fluxo total do grupo III. Medir a taxa de crescimento por DRX de uma amostra de calibração InAlN cultivadas separadamente. Para uma 15 nm InAlN barreira usando as condições dadas aqui, abrir as persianas durante 12 min 30 seg. </li></ol></li><li> Crescimento Interlayer e canal <ol><li> Primeiro, abra o obturador Ga por 5 segundos, em seguida, abrir o N * obturador e crescer o intercalar GaN. A temperatura do substrato deve ainda estar na temperatura de crescimento InAlN. </li><li> Abra o obturador Al sem fechar a Ga ou N * persianas para crescer o intercalar AlN. O fluxo de Al para a camada intermédia deve ser o mesmo ou ligeiramente maior do que o fluxo N *, de preferência usando uma célula diferente derrame Al, em seguida, que é utilizado para a camada de barreira InAlN, tO evitar ter de alterar a temperatura da célula. Veja o passo 3.2.4. </li><li> Feche a N * e estores Al mas deixar o obturador aberto Ga. Rampa de a temperatura do substrato para a temperatura do canal de GaN. </li><li> Depois de 30 segundos a fechar o obturador Ga. Aguarde 30 segundos (ou logo que a intensidade RHEED começa a aumentar) e volte a abrir o obturador Ga. Continuar para o ciclo do obturador Ga até que o substrato tenha atingido a temperatura de crescimento de GaN canal. Isto protegerá a superfície, evitando a acumulação excessiva Ga. </li><li> Abra o obturador Ga por 5 segundos, em seguida, abrir o N * obturador e crescer o canal de GaN. </li><li> Feche a Ga, N * e principais persianas. Rampa a temperatura do substrato até 200 ° C, desligue a * plasma N e desligar o fluxo de gás N 2. </li><li> Rampa as células para baixo para suas temperaturas de espera se acabado para o dia. </li><li> Esperar por a temperatura do substrato para diminuir abaixo de 250 ° C e a pressão da câmara caia abaixo de 8 x 10 -7 Torr e, em seguidaabrir a válvula de porta câmara de crescimento e transferir o suporte da bolacha de volta para o carrinho. </li><li> Seguir o inverso do passo 2.2 para transferir a bolacha de volta para o bloqueio da carga, ventilação com N2 e remover a bolacha. Verifique se a válvula de porta câmara de crescimento é fechada antes de abrir a fechadura de carga, e que a bomba turbo válvula de porta de bloqueio de carga está fechado antes de ventilação. </li><li> Siga os passos 2.2.3-2.2.5 para voltar a fita e carga de bloqueio para alto vácuo. </li></ol></li></ol> 4. Caracterização <ol><li> Caracterizar a qualidade do material usando microscopia óptica para verificar se há buracos, rachaduras ou Ga-gotas que podem ter se formado durante o crescimento do canal, DRX para verificar a qualidade interfacial e estrutura, e AFM para verificar a morfologia da superfície. 20,21 </li><li> Se Ga-gotas estão presentes, mergulhar a bolacha no ácido HF concentrado durante 5-10 min para remover as gotículas sem danificar a superfície polar N-quimicamente sensível. </li><li> Meça res folhaistance usando Lehighton medições de resistência sem contato. </li><li> Processar a amostra para permitir a caracterização elétrica, incluindo medidas Hall e CTLM e DC e RF caracterização transistor. 9,26 </li></ol>

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<li>Poblenz, C., Waltereit, P., Speck, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uniformity+and+control+of+surface+morphology+during+growth+of+GaN+by+molecular+beam+epitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.%2C+B%22%5BJournal%5D)">Uniformity and control of surface morphology during growth of GaN by molecular beam epitaxy.</a> J. Vac. Sci. Technol., B. 23 (4), 1379-1385 (2005).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

Crescimento de uma camada tampão GaN de alta qualidade é fundamental para alcançar uma alta mobilidade de elétrons em qualquer HEMT III-nitreto. No caso de um N-polar InAlN HEMT, o crescimento da camada tampão é complicado devido à exigência de que todo o Ga ser removido da superfície antes de crescimento InAlN. Há uma variedade de técnicas para realizar isto, para além do processo descrito aqui, tal como metal modulado epitaxia, 27, utilizando condições de crescimento na borda da cobertura Ga intermediário e...

Epitaxia de feixe molecular (MBE) é uma técnica versátil crescimento epitaxial de película fina que emprega um ambiente de vácuo ultra-alto com pressões de bases tão baixas quanto 10 -11 torr para garantir a baixa incorporação de impureza na película de adulto. A taxa de crescimento e a composição das camadas epitaxialmente cultivadas são determinadas pelo controlo da temperatura de cada célula de efusão, e, assim, o fluxo evaporado dos vários materiais de base. No caso de epitaxia III-nitreto, o grupo III-elementos (In, Al, Ga) são tipicamente fornecidas por células de efusão de azoto enquanto o activo (N *) de fluxo é fornecido por quer um plasma de 1,2 (de plasma de RF N2 MBE -assisted:. PAMBE ou RFMBE) ou amônia (NH 3 -MBE) 3,4 crescimento MBE é caracterizada por temperaturas de crescimento mais baixas e mais nítida abruptness interfacial do que outras técnicas de crescimento epitaxial, como deposição de vapor químico metalorgânico 5 Um esquema é mostrado. na Figura 1. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54775/54775fig1.jpg" /> Figura 1:.. Sistema MBE esquema esquemático, mostrando a câmara de bloqueio de carga, sistema de transferência, a estação de liberação de gases e crescimento <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54775/54775fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> III-nitretos podem ser cultivadas em substratos que possuem uma variedade de orientações cristalinas. A orientação mais utilizada é a C -Plane Ga-polar, o que permite a formação de um gás de electrões bidimensional sem dopagem, utilizando a diferença de polarização entre a camada de barreira, tipicamente AlGaN, e canal de GaN. Vários não-polar e semi-polares orientações de GaN têm recebido atenção significativa para optoeletrônica devido a efeitos de polarização reduzidas nos poços quânticos, 6,7, que também faz com que essas orientações menos desejável para aplicação HEMTns. Dispositivos N-polares orientados são atraentes para a operação HEMT de alta frequência da próxima geração, devido a várias vantagens intrínsecas mais dispositivos Ga-polares convencionais. 8 A camada de barreira em dispositivos N-polares é cultivado por baixo do canal de GaN, como mostrado na Figura 2, resultando em uma barreira de volta natural que auxilia o controle eletrostática do canal e reduz os efeitos de canal curto, permitindo o acesso atual mais fácil para o canal de GaN e reduzir a resistência de contato. A barreira também pode ser controlada separadamente a partir do canal, de modo que, como a espessura do canal é dimensionada para baixo para dispositivos de alta frequência, o desenho de barreira pode ser modificado para compensar a carga de canal perdido para fixar nível de Fermi efeitos. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54775/54775fig2.jpg" /> Figura 2:. Camada epitaxial esquemática a estrutura da camada de (a) um HEMT N-polar e (b) um HEMT Ga-polar para comparIson. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54775/54775fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> HEMTs utilizado em alta velocidade, amplificadores de alta potência são normalmente cultivadas em substratos de SiC para tirar vantagem da alta condutividade térmica do SiC. Substratos de baixa densidade rosqueamento deslocamento independente GaN pode ser empregue para melhorar a mobilidade dos electrões, 9, melhorando assim o desempenho de alta frequência. Após o crescimento de uma camada de nitreto de alumínio a nucleação, um tampão de GaN espessura é cultivado para separar espacialmente as impurezas na interface recrescimento do canal HEMT e melhorar o isolamento eléctrico. Ao contrário de outros materiais III-V, GaN crescido por PAMBE tipicamente necessita de condições de crescimento com uma proporção grupo-III / V maior do que 1, isto é, condições ricos em metais, 10,11, a fim de alcançar uma morfologia de superfície lisa. Em x Al 1- x N é um altermaterial de barreira nativo para HEMTs III-nitreto, e recebeu recentemente uma atenção significativa porque pode ser cultivada treliça combinados para GaN para x ≈ 0,18 e pode gerar mais de duas vezes a carga de canal em relação ao barreiras AlGaN devido sua alta polarização espontânea. 12-15 Ao contrário barreiras AlGaN, Ga irá incorporar preferencialmente para In em camadas InAlN, 16, portanto, cuidados devem ser tomados para garantir que a superfície está livre de Ga excesso após o crescimento da camada buffer de GaN Ga-ricos e prévia para o crescimento InAlN. Controlo de GA na superfície pode ser conseguido por um fluxo suppling Ga ligeiramente menor do que o fluxo requerido para a formação de Ga-gota. No entanto, esta janela de crescimento é pequena, e insuficiente cobertura de superfície Ga fará com que a morfologia superficial de degradar em morfologia planalto / vala enquanto o excesso de fluxo Ga irá resultar na acumulação de Ga e a formação de gotículas macroscópica. 17 Reflexo de alta energia de difracção de electrões (RHEED) intens<html> dade pode ser usada para monitorizar a acumulação de Ga e de dessorção. Ga cobertura da superfície é indicada por uma redução na intensidade RHEED, e qualquer intervalo de tempo entre o fechamento Ga (e N *) persianas e o aumento inicial da intensidade RHEED indica acumulação de Ga, como mostrado na Figura 3. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54775/54775fig3.jpg" /> Figura 3: Monitorando a cobertura Ga com intensidade de sinal RHEED intensidade RHEED medido a partir padrão RHEED adquiridos ao abrigo de rotação usando aquisição desencadeada.. Ga fluxo insuficiente é indicado por um aumento imediato na intensidade depois de fechar os obturadores (não mostrado). cobertura Ga saturada / ideal é indicado por um atraso entre o fechamento do obturador e abrupta brilho RHEED e excesso de cobertura Ga em vista tanto como um atraso no brilho inicial RHEED, bem como um aumento da intensidade mais gradual, resultando em recuperação plena intensidade demorando mais do que 60 s.com / files / ftp_upload / 54775 54775fig3large.jpg &quot;target =&quot; / _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. A realização de alta qualidade InAlN por PAMBE é complicado pela presença de flutuações de composição laterais, resultando em uma microestrutura &quot;favo de mel&quot; que consiste dos domínios Al-ricas rodeadas por fronteiras Em ricas. 18 Eliminação da microestrutura é conseguido usando uma temperatura do substrato de cerca de 50 ° C acima do início da na dessorção, 15,19,20 ou cerca de 630 ° C durante InAlN N-polar. Neste regime de crescimento de alta temperatura, o in x Al x 1- composição N é uma forte função da temperatura do substrato, com temperaturas mais elevadas resultando em menor Na incorporação. O fluxo de Na pode ser aumentada para compensar Em perdida por evaporação, apesar de na prática, o máximo em fluxo é limitado por uma redução da eficiência de incorporação com o aumento no fluxo. 21 Para além de reduzir a temperatura do substrato ou do aumento no fluxo, aumentando a taxa de crescimento, também pode aumentar a composição No devido ao &quot;efeito em enterrar&quot;, onde recebida Al átomos armadilha em e impedi-lo de evaporação. 21,22 Superior as taxas de crescimento pode ser conseguido através do aumento do fluxo na e Al proporcionalmente. Para manter as condições de crescimento N-rico, o N * teria de ser aumentado, bem como, o que pode ser conseguido aumentando a potência de plasma de RF, aumentando a taxa de fluxo de N2, a melhoria da concepção da câmara de plasma, ou o aumento do orifício da placa de abertura densidade. camadas epitaxiais adicionais em HEMTs baseados em InAlN incluem GaN e AlN intercalares (ILS) e um canal de GaN. Um AlN IL inserido entre a barreira e o canal pode aumentar μ mobilidade assim como a folha do canal densidade de carga n s. O aumento da mobilidade é atribuído à redução da onda de electrões função de sobreposição com a InAlN barrier e subsequente espalhamento liga. 9 para assegurar o crescimento do AlN de IL-alta qualidade, um excesso de Ga de fluxo é fornecido durante o crescimento para actuar como um agente tensioactivo. Um GaN IL pode ser utilizado entre o AlN e IL barreira para melhorar ainda mais a mobilidade, reduzindo o custo do canal. O canal de GaN pode ser cultivada na mesma temperatura que a barreira InAlN, permitindo o crescimento contínuo da barreira embora ILS e canal. mobilidade aperfeiçoado foi obtido por meio da interrupção de crescimento após o AlN IL e aumentando a temperatura de crescimento, antes crescendo o canal de GaN. Neste caso, uma cobertura de superfície Ga de protecção tem de ser mantida durante a interrupção para evitar a degradação da mobilidade. O protocolo a seguir se aplica especificamente para HEMTs InAlN barreiras cultivadas em substratos de GaN N-polares. Ele pode ser directamente estendido para crescimento em substratos C-polar ou 4H- 6H-SiC, incluindo uma camada de nitreto de alumínio de 50 nm de espessura N-rico.

<table><tbody><tr><td>Wafer N-polar GaN autônomo</td><td>Kyma</td><td></td><td>10 mm x 10 mm</td></tr><tr><td>C-polar SiC wafer</td><td>Cree</td><td>W4TRE0R-L600</td><td>3 polegadas de diâmetro</td></tr><tr><td>Microeletrônica grau acetona</td><td>Fischer Scientific</td><td>A18-4</td><td></td></tr><tr><td>Microeletrônica grau isoproponal</td><td>J.T. Baker</td><td>9079-05/JT9079-5</td><td></td></tr><tr><td>Material de origem de Al (6N5 puro)</td> <td>UMC</td><td>ALR62060I</td><td></td></tr><tr><td>Material de origem Ga (7N puro)</td><td>UMC</td><td>GA701</td><td></td></tr><tr><td>No material de origem (7N puro)</td><td>UMC</td><td>IN750</td><td></td></tr><tr><td>ULSI N2 gás de fonte (6N puro)</td><td>Matheson Tri-gas</td><td>G2659906D</td><td></td></tr><tr><td>PRO-75 Sistema MBE</td><td>OmicronScientia</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

assistido por plasma molecular beam epitaxy de n-polar inaln barreiras transistores de alta electron-mobility

Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors

epitaxia de feixe molecular assistido por plasma é bem adequado para o crescimento epitaxial de III-nitreto de filmes finos e heteroestruturas com interfaces lisas, abruptas necessários para de alta qualidade transistores high-elétron-de mobilidade (HEMTs). Um procedimento é apresentado para o crescimento de HEMTs InAlN N-polares, incluindo a preparação da bolacha e do crescimento de camadas de tampão, a camada de barreira InAlN, AlN e GaN intercamadas e o canal de GaN. As questões críticas em cada passo do processo são identificados, tais como evitar a acumulação de Ga no tampão de GaN, o papel da temperatura sobre InAlN homogeneidade de composição, e o uso de Ga de fluxo durante o intercalar AlN e o crescimento do canal de interrupção antes de GaN. De composição homogênea N-polar InAlN filmes finos são demonstradas com rugosidade da superfície-root-mean squared tão baixo quanto 0,19 nm e InAlN baseada em estruturas HEMT são relatados ter mobilidade tão alto quanto 1.750 cm2 / V ∙ seg para dispositivos com uma densidade de carga folha de 1,7 x 1013 cm-2.

Difracção de raios-X (DRX) varreduras de InAlN mostrados filmes finos cultivadas em substratos de GaN N-polares na Figura 4 (a) são um pico único, tanto para películas 50 e 200 nm de espessura. A varredura DRX do filme InAlN nm de espessura 50 exibe Pendellösung franjas até 15 th ordem, indicando alta qualidade interfacial. O mapa de espaço recíproca assimétrica na Figura 4 (b) mostra que a camada InAlN nm de espessura 200 tem o mesmo q ‖...

epitaxia de feixe molecular é usado para crescer N-polares transistores InAlN barreiras high-elétron-de mobilidade (HEMTs). Controle da preparação wafer, condições de crescimento camada e estrutura epitaxial resulta em camadas, InAlN de composição homogênea suaves e HEMTs com mobilidade tão alto quanto 1.750 cm2 / V ∙ sec.

assistido por plasma Molecular Beam Epitaxy de N-polar InAlN barreiras Transistores de alta electron-mobility

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt ...

O objetivo geral deste procedimento é observar o efeito de diversos parâmetros de crescimento na qualidade estrutural e elétrica de semicondutores de nitreto e seu impacto final no desempenho de dispositivos eletrônicos. Este método pode ajudar a responder perguntas-chave nas áreas de ciência dos materiais e engenharia elétrica, como o impacto dos defeitos do material na velocidade e potência de transistores de grande banda proibida. A principal vantagem desta técnica é que ela pode produzir materiais semicondutores com interfaces muito abruptas e baixos níveis de impurezas, características essenciais para dispositivos de alto desempenho, como transistores. A demonstração visual deste método é fundamental, pois distinguir entre cobertura insuficiente e excessiva de gálio com erva é qualitativo e difícil de descrever. Primeiro, certifique-se de que os painéis criogênicos estão resfriados e que a câmara de crescimento está na pressão base. Aumente as células de efusão até as temperaturas de medição do feixe flex na taxa adequada e aguarde uma hora para que as células se estabilizem. Para cada célula, abra o obturador por 30 segundos para coletar uma medição do medidor de íons de feixe flex, depois feche o obturador por um minuto. Realize este processo três vezes. Calcule a média das duas últimas medições para cada célula. Use calibrações anteriores para ajustar as temperaturas das células e atingir os valores de flex desejados. Feche a válvula de isolamento do compartimento de carga e ventile a câmara do compartimento de carga com gás nitrogênio. Carregue o substrato de nitreto de gálio com polaridade adequada para epitaxia no suporte e coloque o cassete da amostra no compartimento de carga. Feche o compartimento de carga e desligue o gás nitrogênio. Ligue a bomba de pré-vácuo do compartimento de carga. Abra a válvula da bomba de pré-vácuo e a válvula do coletor. Quando a pressão do coletor cair abaixo de 0,1 Torr, feche as válvulas do coletor e da bomba de pré-vácuo e desligue a bomba. Abra a válvula de isolamento da bomba turbo do compartimento de carga e bombeie o compartimento de carga por 30 a 60 minutos. Abra o compartimento de carga na câmara de preparação e use o bastão oscilante para transferir o substrato em seu suporte para o carrinho. Usando o carrinho, mova o substrato até a estação de dessorção. Aumente a temperatura do aquecedor da estação de dessorção para 700 graus Celsius em 10 minutos. Dessorva o substrato por 30 minutos e então inicie o resfriamento. Quando a temperatura estiver abaixo de 250 graus Celsius, transfira o substrato para o carrinho. Abaixe o manipulador do substrato até a posição de carga. Abra a válvula de passagem e transfira o substrato em seu suporte para o manipulador. Eleve o manipulador do substrato até a posição de crescimento e remova o carrinho. Feche a válvula de passagem e, em seguida, abra a válvula do cilindro de nitrogênio, a válvula do regulador e a válvula de agulha de isolamento. Use o controlador de fluxo mássico para levar a câmara à pressão ideal para a ignição do plasma. Certifique-se de que os obturadores do fluxo de nitrogênio ativo e da célula de difusão estão fechados. Ligue a fonte de alimentação RF do plasma e o controlador da rede de casamento automático. Aumente a potência até que o plasma seja acionado. Ajuste a potência e o fluxo de gás nitrogênio às condições apropriadas do processo para o sistema. Aumente a temperatura do aquecedor do substrato para 10 graus Celsius acima da temperatura desejada de crescimento de nitreto de gálio, a uma taxa não superior a um grau Celsius por segundo. Ligue o sistema de leitura para monitorar a superfície da pastilha. Ligue a rotação do substrato e prepare o software de aquisição de leitura. Ajuste o fluxo de gálio para garantir a deposição de gálio na temperatura do substrato. Abra os obturadores do substrato e do gálio por um minuto. A intensidade de leitura deve inicialmente diminuir e depois estabilizar-se conforme o gálio se acumula. Feche o obturador do gálio por dois minutos, período durante o qual a intensidade de leitura deve aumentar e depois estabilizar-se à medida que o gálio é dessorvido. Repita a deposição e a dessorção de gálio mais duas vezes e, em seguida, aumente a temperatura do aquecedor do substrato até a temperatura de crescimento de nitreto de gálio. Primeiro, abra o obturador de nitrogênio ativo por um minuto para iniciar o crescimento do buffer por nitretação. Em seguida, abra o obturador de alumínio para crescer uma camada de nitreto de alumínio rico em nitrogênio com espessura de um a três nanômetros. Feche os obturadores de nitreto de alumínio e de nitrogênio ativo e, imediatamente, abra o obturador de gálio por dez segundos, período durante o qual a intensidade de leitura deve diminuir rapidamente. Em seguida, abra o obturador de nitrogênio ativo e cresça o nitreto de gálio por cinco minutos. Feche os obturadores de gálio e de nitrogênio ativo por um minuto e monitore a intensidade de leitura durante a interrupção do crescimento para avaliar o fluxo de gálio. Se a intensidade aumentar imediatamente, o fluxo de gálio é muito baixo. Diminua a temperatura do substrato ou aumente a temperatura da célula de efusão de gálio. Se a intensidade aumentar após pelo menos trinta segundos ou não se estabilizar durante a interrupção do crescimento, aumente a temperatura do substrato ou diminua a temperatura da célula de efusão de gálio. Se o fluxo de gálio foi ajustado, cresça outra camada de nitreto de gálio e realize outra interrupção de crescimento de um minuto. Quando a intensidade de leitura aumentar entre 15 e 30 segundos a partir do início e se estabilizar dentro de um minuto, continue com o procedimento. Continue crescendo o nitreto de gálio em incrementos de cinco minutos com interrupções de um minuto até atingir a espessura desejada. Aguarde um minuto após a conclusão do crescimento do nitreto de gálio para garantir que todo o gálio tenha evaporado e, em seguida, reduza rapidamente a temperatura do aquecedor do substrato até a temperatura de crescimento de nitreto de índio-alumínio. Aguarde dois minutos para que a temperatura se estabilize. Abra os obturadores de índio, alumínio e nitrogênio ativo. A intensidade de leitura deve diminuir e se estabilizar em até três minutos, e o padrão deve permanecer estriado. Quando a barreira atingir a espessura desejada, feche os obturadores de índio, alumínio e nitrogênio ativo. Para crescer a camada intermediária de nitreto de gálio, abra o obturador de gálio por cinco segundos e, em seguida, abra o obturador de nitrogênio ativo. Quando a camada intermediária de nitreto de gálio atingir a espessura desejada, feche os obturadores de nitrogênio ativo e de gálio. Inicie a redução da temperatura do aquecedor do substrato até a temperatura de crescimento do canal de nitreto de gálio. Após 30 segundos, feche o obturador de gálio. Aguarde trinta segundos ou até que a intensidade de leitura aumente e, em seguida, abra o obturador. Continue alternando o obturador de gálio até que o aquecedor do substrato atinja a temperatura de crescimento de nitreto de gálio, então abra o obturador de gálio. Após cinco segundos, abra os obturadores de nitrogênio ativo e de alumínio e cresça a camada intermediária de nitreto de alumínio. Após o tempo de crescimento da camada intermediária de nitreto de alumínio terminar, feche o obturador de alumínio e cresça o canal de nitreto de gálio. Feche os obturadores de gálio, nitrogênio ativo e principal. Reduza a temperatura do substrato até 200 graus Celsius, desligue o plasma de nitrogênio ativo e interrompa o fluxo de gás nitrogênio. Reduza as células até a temperatura de espera. Quando a temperatura do substrato estiver abaixo de 250 graus Celsius e a pressão da câmara cair abaixo de 8x10

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Engineering

Engenharia

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