Summary

Analyse van Contact Interfaces for Single GaN Nanodraad Devices

Published: November 15, 2013
doi:

Summary

Een techniek ontwikkeld die Ni / Au contact metaal films verwijdert uit hun substraat te laten voor het onderzoek en karakterisering van het contact / substraat en contact / NW interfaces van enkele GaN nanodraad apparaten.

Abstract

Single GaN nanodraad (NW) inrichtingen gefabriceerd op SiO2 een sterke afbraak vertonen na het uitgloeien door het optreden van holtevorming in de contactpunten / SiO 2 interface. Deze leegte formatie kan kraken en delaminatie van de metalen film, die de weerstand kunnen verhogen of leiden tot een complete mislukking van de NW apparaat veroorzaken. Om de problemen in verband met vorming van holtes te pakken, werd een techniek ontwikkeld die Ni / Au contact metaal films verwijdert van de substraten om voor het onderzoek en karakterisering van het contact / substraat en contact / NW interfaces van enkele GaN NW apparaten. Deze procedure bepaalt de mate van hechting van de contactfilms aan het substraat en NWs en maakt de karakterisering van de morfologie en samenstelling van het contact interface met het substraat en nanodraden. Deze techniek is ook handig voor de beoordeling van het bedrag van de resterende verontreiniging die overblijft uit de NW schorsing eennd van fotolithografische processen op de NW-SiO 2 oppervlak voorafgaand aan metalen afzetting. De gedetailleerde stappen van deze werkwijze gepresenteerd voor het verwijderen versmolten Ni / Au contacten met Mg gedoteerde GaN NWs op een SiO2 substraat.

Introduction

Single-NW's zijn gemaakt door dispergeren van een NW suspensie op een isolerend substraat en het vormen van contactgaten op het substraat via conventionele fotolithografie en metaal depositie, waardoor willekeurig gevormde twee-eindapparaten. Een dikke SiO2-film op een Si wafer wordt meestal gebruikt als een isolerend substraat 1,2. Voor metalen afgezet op een SiO2 oppervlak een gemeenschappelijk probleem gevolg van warmtebehandeling is het optreden van holtevorming in de metaal / SiO 2 interface. Naast kraken en delaminatie van de metaalfilm kan deze holtevorming negatieve invloed op de prestaties toestel tegen een verhoging van de weerstand veroorzaakt door een reductie van het contactoppervlak. Ni / Au contacten geoxideerd in N 2 / O 2 atmosferen zijn toegepast op p-GaN 3-7 overheersende contact regeling. Tijdens een warmtebehandeling in een N2 / O 2, de Ni diffundeert naar de oppervlakte NiO en Au diffundeert naar het vormensubstraatoppervlak.

In dit werk, overmatige vorming van holtes in het contact / NW en contact / SiO 2 interfaces werd aangetoond dat het plaatsvindt tijdens gloeien van Ni / Au contacten NWs op SiO 2 8. De oppervlaktemorfologie van de gegloeide Ni / Au film, echter het bestaan ​​van holten of de mate waarin holtevorming opgetreden geven. Om dit probleem aan te pakken hebben we een techniek voor de verwijdering van Ni / Au contacten en GaN NWs van SiO 2 / Si substraten om de interface van het contact met het substraat en NWs analyseren. Deze techniek kan worden gebruikt voor het verwijderen van een contactstructuur dat slechte hechting aan het substraat. De Ni / Au films met GaN NWs ingebed in hen worden verwijderd uit de SiO 2 substraat met carbon tape. De koolstof band wordt gehecht aan een standaard montering voor de karakterisering met behulp van scanning elektronenmicroscopie (SEM) samen met verscheidene andere gereedschappen. De gedetailleerde procedure voor de fabrication van enkele GaN NW apparaten en analyse van hun contactinterface morfologie worden beschreven.

Protocol

De GaN NWs gebruikt in deze experimenten werden gegroeid zonder katalysator moleculaire bundel epitaxie (MBE) op Si (111) substraten 9. De algemene procedure voor het bereiden NW suspensie van het substraat met als volwassen NWs wordt geïllustreerd in figuur 1. 1. Nanodraad Suspension Voorbereiding Splitsen een kleine (<5 mm x 5 mm) stukje als volwassen NWs op het substraat. Vul een kleine afgesloten flesje met ongeveer 1 ml isopropanol (I…

Representative Results

Een voorbeeld van SEM analyse van uitgegloeid Ni / Au films uit de SiO2 substraat met koolstof band getoond in figuur 4. Het oppervlak van een Ni / Au contact vóór verwijdering is weergegeven in figuur 4A. De onderzijde van hetzelfde gebied van dat Ni / Au film na verwijdering wordt in Figuur 4B. Vergelijking van het oppervlak en onderzijde morfologie te bepalen of er een relatie tussen de twee. Wanneer bijvoorbeeld de twee beelden worden vergeleken, blijkt…

Discussion

De gepresenteerde techniek maakt het mogelijk voor de analyse van de contactpersoon / substraat en contact / NW microstructuur van enkele NW apparaten. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn de lage kosten en eenvoud. Het staat voor kwalitatieve en kwantitatieve analyse van de contactinterface op grote schaal met het substraat en op een submicrometer schaal met individuele NWs. Het gebruik van koolstof tape voor de film verwijderen en SEM pin stubs voor voorbeeld montage maakt het mogelijk voor analyse met be…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs willen graag de individuen erkennen in de Quantum Elektronica en Fotonica Division van de National Institute of Standards and Technology in Boulder voor hun hulp.

Materials

REAGENTS and MATERIALS
Lift-off resist MicroChem LOR 5A Varies according to application
Photoresist Shipley 1813 Varies according to application
Developer Rohm and Haas Electronic Materials MF CD-26 Varies according to application
Photoresist stripper MicroChem Nano Remover PG Varies according to application
Ni source International Advanced Materials 99.999% purity
Au source International Advanced Materials 99.999% purity
SiO2/Si wafers Silicon Valley Microelectronics 3-inch <100> N/As 0.001-0.005 Ohm-cm, 200 nm thermal oxide
Carbon tape SPI Supplies 5072, 8 mm wide
Solvents are standard semiconductor or research grade. Vendor is not important for the experimental outcome.
Reactive ion etch gases and thermal annealing gases are high purity grade. Vendor is not important for the experimental outcome.
EQUIPMENT
Ultrasonic cleaner Cole-Palmer EW-08849-00 Low power
Micropipette Rainin PR-200 Metered, disposal tips
Reactive ion etcher SemiGroup RIE 1000 TP Other vendors also used with different process parameters
Mask aligner Karl Suss MJB3 Other vendors also used with different process parameters
UV ozone cleaner Jelight Model 42 Other vendors also used with different process parameters
E-beam evaporator CVC SC-6000 Other vendors also used with different process parameters
* Manufacturers and product names are given solely for completeness. These specific citations neither constitute an endorsement of the product by NIST nor imply that similar products from other companies would be less suitable.

References

  1. Lu, W., Lieber, C. M. Semiconductor nanowires. J. Phys. D: Appl. Phys. 39, R387-R406 (2006).
  2. Mater Res, A. n. n. u. R. e. v. . 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).

Play Video

Cite This Article
Herrero, A. M., Blanchard, P. T., Bertness, K. A. Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices. J. Vis. Exp. (81), e50738, doi:10.3791/50738 (2013).

View Video