Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Tek GaN Nanotel Cihazlar İletişim arabirimleri Analizi

8.6K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/50738

⸱

15 Kasım 2013

 ,  , 
1Quantum Electronics and Photonics Division, National Institute of Standards and Technology

Bu makalede

Özet

Bir teknik kontak / substrat ve tek GaN nanotel cihazların iletişim / KB arayüzlerin incelenmesi ve karakterizasyonu için izin vermek için kendi alt tabakadan Ni / Au temas metal filmler kaldırır geliştirilmiştir.

Özet

SiO 2 fabrikasyon tek GaN nanotel (NW) cihazlar nedeniyle temas / SiO 2 arayüzü de boşluk oluşmadan tavlama sonra güçlü bozulması sergileyebilir. Bu boşluk oluşumu ve çatlama direnci artırmak veya NW cihazın bir tam yetmezliğine yol açabilir metal film, delaminasyon neden olabilir. Boşluk oluşumu ile ilgili sorunları gidermek amacıyla, bir teknik kişi / substrat ve tek GaN KB cihazların iletişim / KB arayüzlerin incelenmesi ve karakterizasyonu için izin vermek için alt tabakalardan Ni / Au temas metal filmler kaldırır geliştirilmiştir. Bu prosedür, alt-tabaka ve NWS için iletişim filmlerinin yapışma derecesini belirler ve alt-tabaka ve nanotellerin ile temas arayüzünün morfolojisi ve bileşimin karakterizasyonu için izin verir. Bu teknik aynı zamanda NW süspansiyon A'dan kalan artık kirlenmenin miktarını değerlendirmek için yararlıdırnd önce metal birikimi NW-SiO 2 yüzeyinde fotolitografik süreçler. Bu prosedürün ayrıntılı adımlar a SiO 2 alt-tabaka üzerinde Mg-katkılı GaN NWS tavlanır Ni / Au kontakların çıkarılması için sunulmuştur.

Giriş

Tek-NW cihazlar bir yalıtkan alt-tabaka üzerine bir NW süspansiyon dağıtıcı ve rastgele oluşturulmuş iki terminal cihazları ile sonuçlanan geleneksel fotolitografi ve metal kaplama, alt-tabaka ile temas pedleri üzerinde oluşturulmasıyla yapılmaktadır. Bir Si gofret üzerine kalın bir SiO 2 film tipik olarak, bir alt-tabaka yalıtıcı 1,2 olarak kullanılır. Bir SiO 2 yüzeyinde biriken metaller için, ısıl işlem elde edilen bir ortak bir sorun metal / SiO 2 arayüzünde boşluk oluşumu meydana gelmesidir. Çatlama ve metal filmin delaminasyon ek olarak, bu boşluk oluşum olumsuz temas alanının bir azalmaya neden olduğu direncinde bir artış cihazın performansını etkileyebilir. 2 / O 2 atmosfer N okside Ni / Au kontaklar p-GaN 3-7 uygulanan baskın temas düzeni vardır. Bir N2 / O 2 ısıl işlem sırasında, Ni NiO ve Au aşağı doğru yayılır oluşturmak için yüzeye yayılıralt-tabaka yüzeyi.

Bu çalışmada, kontak / NW ve kontak / SiO 2 arayüzleri aşırı boşluk oluşumu SiO 2 8 nws Ni / Au kontakların tavlama sırasında meydana gösterilmiştir. Tavlanmış Ni / Au filmin yüzey morfolojisi, ancak, boşlukların varlığı ya da boşluk oluşumu meydana derecesini göstermez. Bu sorunu çözmek için, substrat ve NWS ile temas arayüzü analiz etmek için SiO 2 / Si yüzeyler Ni / Au kişileri ve GaN nws kaldırılması için bir teknik geliştirdi. Bu teknik, substrata zayıf bir yapışma sahip herhangi bir iletişim yapısının çıkarılması için de kullanılabilir. Onları gömülü GaN NWS ile Ni / Au filmler C-bant ile SiO 2 substrattan çıkarılır. Karbon bant birkaç diğer araçlarla birlikte taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak karakterizasyonu için montaj standart bir pin yapıştırılır. Fab için detaylı prosedürTek GaN NW cihazlar ve iletişim arayüzü morfolojisi analizi rication açıklanmıştır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Bu deneylerde kullanılan GaN NWS Si (111) alt-tabakalar 9 katalizörsüz moleküler ışın epitaksi (MBE) ile büyütülmüştür. Olarak yetiştirilen NWS ile substrattan NW süspansiyonunun hazırlanması için genel prosedür, Şekil 1 'de gösterilmiştir.

1.. Nanotel süspansiyon hazırlanması

  1. Bu alt tabaka üzerine olarak yetiştirilen NWS bir küçük (<5 mm x 5 mm) bir parça keser.
  2. Izopropanol, yaklaşık 1 ml (IPA) ile küçük kapaklı şişe doldurun.
  3. Substrattan NWS çıkarmak için yaklaşık 30 saniye için kap ve sonikasyon kapatmak için şişe içine yarılmış parça yerleştirin. Hazırlandıktan sonra, NW süspansiyon uzun bir süre boyunca uygun bir kalır.

2. Yüzey Hazırlığı

Kullanılan alt-tabakalar (ρ ~ 0,001-0,005 Ω-cm) 3-Si inç her iki tarafta da termal olarak yetiştirilen SiO 2 200 nm ile çok-katkılı gofret edilir.

  1. Ele eğersilikon yüzeye ctrical temas istenen, aşağıdaki koşullar için, O 2 akım = 20 sccm, CHF 3 akım = 50 sccm, -240 V önyargı, 120 W ile bir RIE yakıcısı kullanarak gofret arkasından oksit kapalı etch 20 dk. Bu adım ayrıca, elektron mikroskopi sırasında numunenin şarj önlemeye yardımcı olur.
  2. Oksit etche sonra, 5 dakika boyunca aseton ~ 100 ml ile 1000 ml beher içine bir tripod tutucusu kullanarak aşağı yüz batırmak suretiyle temiz gofret.
  3. Asetondan gofret çıkarın ve hemen solvent atıklar için kullanılacak bir boş 1000 ml'lik bir cam kaba, fazla IPA bir püskürtme şişesi kullanılarak gofretin iki tarafını durulayın.
  4. IPA kullanılarak 2. adımı tekrarlayın.
  5. Solvent atık beher üzerinde deiyonize H 2 O ile gofret durulama adımı 3 tekrarlayın.
  6. Deiyonize H 2 O kullanarak 2. adımı tekrar
  7. Sıkıştırılmış kuru N 2 kullanarak gofret kuru üfleyin.

3. Nanotel Dağılma

  1. W temiz parçalamakafer içine 4 eşit çeyrek. Her çeyrek 3 kişi desenleri Şekil 2A ve B gösterilen genel alanlarda bunun üzerine yatırılan var olacaktır.
  2. Önce süspansiyon içinde muntazam bir NW konsantrasyonu elde etmek amacıyla, dağıtma NW süspansiyonu şişeyi sonikasyon.
  3. İstenilen damla boyutu (3-30 ul) için mikropipet ayarlayın ve viyalden NW süspansiyon çizin.
  4. Dağılma için kullanılacak olan alt-tabaka parçası (¼ gofret) alın ve NW süspansiyon kenarlarına uzağa göç etmez, böylece düzeyde olduğundan emin olun.
  5. Temas model yatırılır genel alanında Si substratın (oksitlenmiş) ön yüzeyi üzerine NW süspansiyon dağıtın. Eğer istenirse, önceki açılan sonra çözücü aynı bölgede NW süspansiyon, ilave yatırma damla tamamen buharlaşmadan.
  6. Bir kişi model olacak diğer 2 alanlar için adım 3.4 tekrarlayın. Daha fazla NW süspansiyon dağıtmak etmeyinÇapraz bulaşmayı önlemek için tek bir substrat parça (¼ gofret) 1 büyüme vadede daha. Alt-tabaka üzerine KB süspansiyonunun dağılımı Şekil 2C ve D 'de gösterilmiştir.
  7. NW süspansiyonun son damla buharlaştıktan sonra, bir tripod tutucu örnek yüzü aşağı bakacak şekilde yerleştirmek ve yavaşça istenmeyen yabancı maddeleri uzaklaştırmak için aseton ve izopropanol arka arkaya banyosu içinde daldırma. Deiyonize H2O içinde durulayın ve N2 kuru darbe. Fışkırtma şişe kullanımı ya da yüzeyden NWS aşırı kaldırılmasını engellemek için, bu temizleme işlemi sırasında solvent sonikasyon etme.

4. İletişim Pattern Fotolitografi

~ 20 ° C ve ~% 40 bağıl nem, ortam koşullarına sahip bir temiz oda temas modelini yaratmak için standart fotolitografik tekniklerini kullanın. Maske hizalama yoğunluğu (4.6 adım), maruziyet süresi (adım 4.8) ve zaman (adım 4.9) geliştirmek ekipman bağımlı bir olacaktırnd yaklaşık 0.5 um altı kesilmiş bir asansör-off-karşı (LOR) ile azami desen tanımı üretmek üzere ayarlanmalıdır.

  1. Spin kalkış 45 saniye için (2) 2000 rpm, 10 saniye için (1) 300 rpm bir iki aşamalı bir tarifi kullanarak numune üzerine karşı.
  2. 150-170 ° C'de 5 dakika boyunca pişirmek için bir sıcak plaka üzerinde numunesi yerleştirin
  3. Örnek çıkarın ve 30 saniye soğumasını bekleyin ve sonra (2) 45 saniye boyunca 5,000 rpm'de 3 sn (1) 1.000 rpm iki aşamalı bir tarifi kullanarak çeliğin üzerinde dönerler.
  4. 115 ° C'de 1 dakika boyunca pişirmek için bir sıcak plaka üzerinde numunesi yerleştirin
  5. Örnek 1 dakika soğumasını bekleyin.
  6. 1.90 mW / cm 2 ~ bir ışık yoğunluğuna maske hizalama kalibre.
  7. Yüklü kontak desen için uygun maske maske ile hizalayıcısı içine örnek yükleyin.
  8. Maske ile temas örnek getirin ve 24 sn için örnek maruz.
  9. 21 sn için geliştirici bir şişeye örnek dönen tarafından photoresist'i geliştirin.
  10. Deiyonize H 2 O ile durulayın ve w kuru darbeith N 2.

5. Önce Metal Birikimi için yakma, Örnek

H 2 O banyosu: Önceki metal birikimi için elektron ışınlı buharlaştıncıya örnekleri yükleme için, desenli gofret bir UV ozon tedavisi ve HCl verir.

  1. 80 sccm'dir ultra-yüksek saflıkta O 2 debi ile 10 dakika boyunca UV Ozon üreteci yükleyin örnekleri.
  2. Sonra UV ozon tedavisi, bir HCI yer örnekler: Oda sıcaklığında 1 dakika boyunca H 2 O (01:10) çözeltisi.
  3. Deiyonize H 2 O ile örnekleri durulayın ve N2 ile hafifçe kuru darbe.

6. İletişim Metallerin elektron ışın Buharlaşma

  1. Hemen ön işleminden sonra, e-ışın evaporatörde vidaları ve klipleri ve güvenli silindirin kullanıldığı plakaya örnekleri monte. Yeterli Ni ve Au birikimi için kullanılabilir olduğundan emin olun.
  2. Basınç P altında 1,3 x 10 -3 kadar odasını aşağı pompaBir (1 μTorr) (gecede pompa gerekebilir).
  3. 10 kV yüksek gerilim ayarlayın ve 5 devirde örneklerinin dönmesini başlar. Emin olun deklanşör kapalı.
  4. Ni pota seçin ve kristal hızı monitörü içine Ni için parametreleri girin. Deposit 50 nm ± 0.1 nm / sn 'lik bir birikim oranında Ni (500 Å).
  5. Ni kaynağı yeterince (~ 15 dk) soğuduktan sonra, Au potaya geçmek Au için olanlara parametrelerini değiştirmek ve ~ 0.1 nm / sn bir birikim hızında Au mevduat 100 nm (1.000 Å).
  6. Au pota (~ 10 dk) soğuduktan sonra, odasına havalandırma ve örnek şaryoyu boşaltın. Metal kalınlığı emin ise, Ni / Au kalınlığını belirlemek için bir profilometre kullanır.

7. İletişim Metal Lift-off

  1. Levhanın numune alın ve çeliğin üzerinde biriken metal kapalı kaldırmak için bir kaç saat için oda sıcaklığında bir fotorezist sıyırıcı banyosunda yerleştirin. Eğer arzu edilirse, hızlanma için yaklaşık 50-60 ° C banyo sıcaklığı yükseltmekhızı asansör-off.
  2. Metal tamamen kapalı çıkmazsa, zorla yüzeyden kalan istenmeyen metal kaldırmak için Remover bir PG fışkırtma şişe kullanın. Bu nanotellerdir metal serbest kırılmasına neden olabilir, çünkü örnek sonikasyon etmeyin.
  3. Bir solvent atık behere IPA ile numuneden Remover PG durulayın ve temiz IPA bir beher içine numuneyi.
  4. Sonra tekrarlayın deiyonize H 2 O kullanarak adım 7.3 ve N 2 kullanarak örnek kuru darbe.

8. İletişim Tavlama

Tavlı cihazları ile bu karşılaştırmak amacıyla kontak tavlama önce test cihazları. Işlem gazı olarak çok yüksek saflıkta N-2/2 O (3:1) ile hızlı bir ısıl annealer (RTA) kullanılarak Ni / Au filmlerin temas tavlama yapın.

  1. Metal temas birikimi sonra dengeye ulaşmış sağlamak için, tavlama numunelerin önce temas metal çıkarıldıktan sonra en az 24 saat bekleyin.
  2. Herhangi bir numune olmadan 5 dakika boyunca 650 ° C'lik bir sıcaklıkta 2 N / O 2 çalıştırarak RTA temizleyin.
  3. Yük örnekler ve 1.4 SLPM için N, akış hızı 2 / O 2 ayarlayın.
  4. 10 dakika boyunca 550 ° C 'de tavlama örnekleri. Sıcaklık rampa hızı ~ 500 ° C / dakika olmuştur.

9. Ni / Au Film Temizleme

Ni / Au filmin çıkarılması yıkıcı bir süreç olduğu için, cihazlar, tipik olarak görüntülenmiş ve bu aşamada daha önce test edilir. Ni / Au filmin çıkarılması için uygulanan prosedür, Şekil 3 'de gösterilmiştir.

  1. Ni / Au filmi çıkarmadan önce temas tavlama sonra en az 24 saat bekleyin.
  2. Ilgi alanı olan örnek bir parça keser. Numunenin emin olun boyutu ilgi alanı dokunmadan bir cımbız ile kenarları kapmak için yeterince büyük.
  3. SEM pin saplama bağlama kolayca taşınır veya alınabilir böyle bir tutucuya monte sabitleyin.
  4. C Bir parçamontaj yüzeyine onductive karbon bant düz. Karbon bant parçası kaldırılacak olan filmin alanından daha büyük olması gerekir. Montaj yüzeyinin kesin boyutu olan bir iletken karbon sekmesi bu uygulama için çok iyi çalışıyor. Yavaş ve dikkatli yüzeyi mümkün olduğunca düzgün olmasını sağlamak için montaj yüzeyine karbon kaset veya sekmesini uygulayın.
  5. Sıkıca bağlama yüzeyine yapışan, böylece bir parmak kullanılarak, bant desteğini çıkarmadan önce, bant sert bastırmayın. Bant numunesi ile kapalı gelmiyor ki bu çok önemli.
  6. Bir parçalanan örnek parça alın ve yavaşça cımbız ile işleme için kullanılan numunenin alanı kenar (Şekil 3A) sarkıyor gibi, doğrudan montaj kenarı boyunca karbon bant üzerine ilgi alanını yatıyordu. Numune bant üzerine yerleştirildikten sonra, Ni / Au filmi tahrip önlemek amacıyla yeniden konumlandırılması için çıkarmayın.
  7. Sıkıca bastırınNumunenin geri forseps (Şekil 3B) kullanılarak. Bu örnek kırılmasına neden olabilir, çünkü bağlama etrafında numune üzerinde çok sert basmamaya özen kenarları.
  8. Tabakayı kaldırmak için, temiz bir tıraş bıçağı veya neşter almak ve yavaşça örnek (Şekil 3C) ve kenarları boyunca alt-tabaka ve bant arasına içinde sıkışma. Dikkatle tabaka kolayca cımbız ile kapma tarafından soyulmuş olabilir kadar biraz daha jilet bıçağı her zaman dürterek, bu işlemi tekrarlayın. Çok fazla kuvvet kullanarak örnek kırabilir. Alt-tabaka ile çıkıyorsa bandı tutmak için, (Şekil 3C), alt tabakanın kanırtarak zaman alt-tabakaya bitişik olan, bandın alanı üzerine forseps bir çift veya bir sonda yerleştirin. Tavlanmış Ni / Au film şeridinin (Şekil 3D) yapışık kalmalıdır. Ortalama olarak, bu adımı tamamlamak için yaklaşık 1 dakika sürer.
  9. Görüntü kısa sürede öylesine bir SEM kullanılarak yeni kaldırıldı Ni / Au filmiBu Kirlenmiş önce s filmin yeni maruz arayüzü gözlemlemek.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

C-bant kullanılarak SiO 2 alt-tabaka çıkarıldı tavlanmış Ni / Au filmler SEM analizi bir örneği, Şekil 4'te gösterilmiştir. Önce çıkarılması için bir Ni / Au temas yüzeyi Şekil 4A'da gösterilmiştir. Çıkarılmasından sonra söz konusu Ni / Au filmin aynı alanının alt Şekil 4B'de gösterilmiştir. Ikisi arasında bir ilişki olup olmadığı yüzey ve alt morfolojisinin karşılaştırılması belirlemenize yardımcı olabilir. Iki görüntü karşılaştırıldığında, örneğ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Sunulan teknik temas / alt-tabaka ve bir NW cihazlar temas / NW mikro-analizi için olanak sağlar. Bu tekniğin başlıca avantajları düşük maliyet ve basitlik vardır. Bu alt-tabaka ile bir büyük ölçüde yanı sıra tek tek NWS bir mikrometreden daha küçük ölçekte iletişim arayüzü kalitatif ve kantitatif analiz için izin verir. Örnek montaj için filmin kaldırılması ve SEM pin taslakları için karbon bant kullanımı mümkün analizi temiz düşük basınçlı ortamlar gerektiren karakterizasyon teknikleri kullanarak yapmak. Arabirim morf...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Çıkar çatışması ilan etti.

Teşekkürler

Yazarlar Boulder Standartlar ve Teknoloji Ulusal Enstitüsü, onların yardım için CO Kuantum Elektroniği ve Fotonik Bölümü'nde bireyleri kabul etmek istiyorum.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
REAKTİFLER VE MALZEMELER
Kaldırma direnciMicroChemLOR 5AUygulamaya göre değişir
PhotoresistShipley1813Uygulamaya göre değişir
GeliştiriciRohm ve Haas Electronic MaterialsMF CD-26Uygulamaya göre değişir
Fotorezist sıyırıcıMicroChemNano Remover PGUygulamaya göre değişir
Ni kaynakInternational Advanced Materials%99,999 saflık
Au sourceInternational Advanced Materials%99,999 saflık
SiO2/Si gofretlerSilikon Vadisi Mikroelektronik3 inç < 100> N / As 0.001-0.005 ohm-cm, 200 nm termal oksit
Karbon bantSPI Sarf Malzemeleri5072, 8 mm genişlik
Solventler standart yarı iletken veya araştırma sınıfıdır. Deneysel sonuç için satıcı önemli değildir.
Reaktif iyon aşındırma gazları ve termal tavlama gazları yüksek saflık derecesindedir. Deneysel sonuç için satıcı önemli değildir.
EQUIPMENT
Ultrasonik temizleyiciCole-PalmerEW-08849-00Düşük güçlü
MikropipetRaininPR-200Ölçülü, bertaraf uçları
Reaktif iyon aşındırıcıSemiGroupRIE 1000 TPDiğer satıcılar da farklı proses parametreleriyle kullanılır
Maske hizalayıcıKarl SussMJB3Farklı proses parametreleriyle de kullanılan diğer satıcılar
UV ozon temizleyiciJelightModel 42Farklı proses parametreleriyle kullanılan diğer tedarikçiler
E-kirişli evaporatörCVC SC-6000Diğer tedarikçiler de farklı proses parametreleriyle kullanılır
* Üreticiler ve ürün adları yalnızca eksiksiz olması için verilmiştir. Bu özel alıntılar, ürünün NIST tarafından onaylandığı anlamına gelmez ve diğer şirketlerin benzer ürünlerinin daha az uygun olacağı anlamına gelmez.

Kaynaklar

  1. Lu, W., Lieber, C. M. Semiconductor nanowires. J. Phys. D: Appl. Phys. 39, R387-R406 (2006).
  2. Mater Res, A. nnuR. ev 34, 83-122 (2004).
  3. Pettersen, S. V., Grande, A. P., et al. Formation and electronic properties of oxygen annealed Au/Ni and Pt/Ni contacts to p-type. 22, 186-193 (2007).
  4. Chen, L. C., Ho, J. K., et al. The Effect of Heat Treatment on Ni/Au Ohmic Contacts to p-Type. 176, 773-777 (1999).
  5. Liday, J., et al. Investigation of NiOx-based contacts on p-GaN. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 19, 855-862 (2008).
  6. Narayan, J., Wang, H., Oh, T. H., Choi, H. K., Fan, J. C. C. Formation of epitaxial Au/Ni/Au ohmic contacts to p-GaN. Appl. Phys. Lett. 81 (21), 3978-3980 (2002).
  7. Ho, J. K., Jong, C. S., et al. Low-resistance ohmic contacts to p-type GaN achieved by the oxidation of Ni/Au films. J. Appl. Phys. Lett. 86 (8), 4491-4497 (1999).
  8. Herrero, A. M., Blanchard, P., et al. Microstructure evolution and development of annealed Ni/Au contacts to GaN nanowires. Nanotechnology. 23 (36), 5203.1-5203.10 (2012).
  9. Bertness, K. A., Roshko, A., Sanford, N. A., Barker, J. M., Davydov, A. V. Spontaneously grown GaN and AlGaN nanowires. J. Crystal Growth. 287, 522-527 (2006).
  10. Herrero, A. M., Bertness, K. A. Optimization of Dispersion and Surface Pretreatment for Single GaN Nanowire Devices. J. Vac. Sci. Tech. B. 30 (6), 2201.1-2201.5 (2012).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Temas Aray zKarbon BantSEM AnaliziMetal BiriktirmeAltl k TemizlemeTavlama lemiBo luk Olu umuAray z KarakterizasyonuNanotel S spansiyonu
Tek GaN Nanotel Cihazlar İletişim arabirimleri Analizi
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.