JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

تصنيع شوتكي الثنائيات في هيتيروستروكتوري بيمجزنو/أكسيد الزنك Zn القطبية نمت تنضيد الحزمة الجزيئية مساعدة البلازما

Published: October 23, 2018
doi:
10.3791/58113
, , , , ,
1Department of Electrical and Computer Engineering,Virginia Commonwealth University

Summary

تحقيق اتصالات شوتكي عالية الجودة أمر ضروري لتحقيق تعديل بوابة فعالة في هيتيروستروكتوري مجال تأثير الترانزستورات (هفيتس). نقدم منهجية التلفيق وخصائص شوتكي الثنائيات في هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك Zn القطبية مع الغاز إلكترون الأبعاد اثنين عالية الكثافة (2DEG)، نمت تنضيد الحزمة الجزيئية مساعدة البلازما في قوالب قان.

Abstract

هيتيروستروكتوري الميدانية تأثير الترانزستورات (هفيتس) استخدام قناة غاز (2DEG) إلكترون الأبعاد اثنين على إمكانيات كبيرة لتطبيقات الأجهزة عالية السرعة. أكسيد الزنك (أكسيد الزنك)، أشباه الموصلات مع bandgap واسعة (3.4 eV) وسرعة الإلكترون عالية التشبع قد اكتسب قدرا كبيرا من الاهتمام مادة جذابة للأجهزة عالية السرعة. مع ذلك، يتطلب كفاءة البوابة التحوير، اتصالات شوتكي عالية الجودة على طبقة الحاجز. في هذه المقالة، هذا اجرائنا تصنيع صمام ثنائي شوتكي على هيتيروستروكتوري بيمجزنو/أكسيد الزنك Zn القطبية مع 2DEG عالي الكثافة الذي يتحقق عن طريق التحوير السلالة، وإدماج عدد قليل في المئة نكون عبور الحاجز القائم على مجزنو أثناء النمو بحلول تنضيد الحزمة الجزيئية (MBE). لتحقيق جودة بلوري عالية، تستخدم تقريبا مطابقة شعرية عالية المقاومة في قوالب قان نمت بترسب البخار الكيميائي المعدن العضوي (أبخرة) كالركيزة لنمو طبقات أكسيد MBE اللاحقة. للحصول على المطلوبة الزنك-قطبية، حذراً من المعالجة السطحية لقان تستخدم قوالب والسيطرة على نسبة السادس/الثاني أثناء نمو منخفض درجة الحرارة طبقة التنو أكسيد الزنك. بمثابة أقطاب منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي اتصالات المقاومها، واقطاب Ag المودعة في البلازما2 س pretreated بيمجزنو السطح وتستخدم للاتصالات شوتكي.

Introduction

هيتيروستروكتوري الميدانية تأثير الترانزستورات (هفيتس) استناداً إلى اثنين إلكترون الأبعاد الغاز (2DEG) على إمكانيات واعدة للتطبيقات عالية السرعة الأجهزة الإلكترونية1،،من23. أكسيد الزنك (أكسيد الزنك) كأشباه الموصلات bandgap واسعة (3.4 eV) مع سرعة الإلكترون عالية التشبع قد اكتسب قدرا كبيرا من الاهتمام كمنصة هفيتس4،5. ثلاثي مجزنو المواد المستخدمة تقليديا الحاجز تستلزم محتوى مغ عال جداً (> 40%) نمت في الركازة انخفاض درجات الحرارة (300 درجة مئوية أو أقل)6،7، وعلى هذا النحو وهذه الهياكل ملائمة للحط من ضمن عمليات عالية الطاقة وخلال فترة العلاج الحراري، حتى ولو كانت كثافة تهمة غير المرغوب فيها في الجدار منخفضة بما يكفي للتحوير البوابة. للالتفاف على هذه العقبة، اقترحت واعتمدت بيمجزنو كالجدار الذي علامة سلالة في الجدار يمكن أن تنتقل من ضاغطة للشد عن طريق إدماج البريليوم (يكون)، مما يجعل عفوية وبيزوليكتريكبولاريزيشنز إلى تكون مضافة. نتيجة لذلك يمكن أن يتحقق تركيز 2DEG عالية مع محتوى مغ معتدلة نسبيا. استخدام هذا النهج، 2DEG عالية الكثافة ويلاحظ قرب مأكل مثل الطحين-لو فونون الرنين (~ 7 × 1012 سم-2) في هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك بينما محتوى مغ أدناه هو 30 في المائة ويكون المحتوى فقط في 2 ~ 3%8.

سبب مماثلة كريستال التماثل، والأشعة فوق البنفسجية والشفافية الضوء المرئي، يعمل على نطاق واسع قوي الخصائص الفيزيائية والكيميائية، والياقوت منخفضة التكلفة، ج-طائرة تنضيد قان وأكسيد الزنك. وبفضل التقدم الملحوظ المحرز في تكنولوجيا النمو القائم على قان الإلكترونية والأجهزة البصرية الإلكترونية على سفير، قوالب قان عالية الجودة يمكن بسهولة إنتاجها على ركائز الياقوت باستخدام AlN أو المخزن المؤقت لقان (LT) درجات الحرارة المنخفضة، على الرغم من أن عدم تطابق شعرية كبيرة من 16% مع ياقوت9. جيدا نسبيا يفهم النمو الفوقي لأكسيد الزنك، الذي يحتوي عدم تطابق شعرية في الطائرة أكبر من 18% مع الياقوت، متنوعة يا القطبية، بينما لا يتم تأسيس نمو مادة الزنك القطبية في وضع الأبعاد أيضا. بسبب عدم تطابق شعرية متوسطة 1.8 في المائة، تنضيد من أكسيد الزنك في غان بديلاً جذاباً.

أبخرة و MBE هي تقنيات ترسب أشباه الموصلات الأكثر نجاحا لاختلاق الأغشية الرقيقة عالية الجودة وهيتيروستروكتوريس مع إمكانية تكرار نتائج عالية. هو السبب الرئيسي الذي MBE أقل شعبية من أبخرة تنضيد قان بالتكلفة وعدم كفاية للإنتاج بالجملة. يمكن أن يكون معدل النمو في قان بأبخرة ميكرومتر عدة للساعة الواحدة، وعشرات من رقائق قطرها 2 بوصة (50 ملم) أو تلك كبيرا كما 6-8 “يمكن زراعتها في تشغيل واحد9. هنا، نحن أيضا اعتماد أبخرة للنمو لقان في دراستنا. لنمو هيتيروستروكتوريس المستندة إلى أكسيد الزنك، بيد تحقيق المزيد من التقارير المتعلقة بتشكيل 2DEG ب MBE في الوقت الحاضر قبل تسويق11،،من10التطبيقات المحتملة12. في الآونة الأخيرة، وقد وضعنا MBE نمو عالية الجودة أكسيد الزنك هيتيروستروكتوريس مع عنصر تحكم دقيقة من الأقطاب السطحية في قوالب قان Ga القطبية13. ووجد أن أكسيد الزنك مع الزنك ما قبل التعرض للمعاملة، طبقات الأقطاب الزنك المعروضة حتى نمت عند المنبسطة مع انخفاض نسب السادس/الثاني (< 1.5)، في حين أن تلك المنبسطة مع نسب السادس/الثاني أعلاه 1.5 معارضها س-الأقطاب. لتجنب قناة التوصيل المتوازي من خلال قوالب قان، اعتمدنا الكربون تعوض شبه العازلة أبخرة قان نمت تحت ظروف الضغط المنخفض في المخزن المؤقت AlN للنمو اللاحق لهياكل هفت المستندة إلى أكسيد الزنك.

قبل العمل لدينا14، كان هناك أي تقارير عن التحقيق شوتكي الثنائيات في هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك. أبلغ العديد من الدراسات عن اتصالات شوتكي مجزنو15،16، على سبيل المثال-، ومعامل ideality 2.37، حاجز ارتفاع 0.73 eV، وتصحيح نسبة 10 فقط3 15. واستخدمت مختلف شوتكي المعادن لأكسيد الزنك17، وفيما بينها، الفضة (Ag) قد اعتمدت على نطاق واسع، بسبب عالية نسبيا شوتكي حاجز ارتفاع 1.11 eV على معظم أكسيد الزنك مع عامل ideality 1.08 18.

في هذا العمل، ونحن نهدف إلى افتعال عالية الجودة شوتكي الثنائيات للتطبيقات في الأجهزة المستندة إلى أكسيد الزنك هفت عالية السرعة. ينطبق البروتوكول التالية على وجه التحديد على تلفيق الثنائيات “شوتكي” Ag/بيمجزنو/أكسيد الزنك بالشعاع الإلكتروني تبخر Ag على هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك نمت بمساعدة البلازما MBE في قوالب أودعت أبخرة قان.

Protocol

1-النمو وإعداد قالب قان للنمو MBE نمو شبه العازلة قالب قان بأبخرة تأكد من أن يتم إغلاق صمام بوابة عزل قاعة قفل التحميل من المفاعل. التنفيس قفل التحميل مع ن2 للضغط الجوي. فتح التحميل-قفل لإخراج صاحب الركازة. تحميل الركيزة الياقوت 2 بوصة على الحامل ومن ثم ضع الحامل مرة أخرى إلى تأمين الحمولة. مضخة أسفل الضغط تحميل قفل وصولاً إلى 2.5 × 10-2 ميلليمتر زئبق بمضخة ميكانيكية جافة. التنفيس التحميل القفل مع ن2 لتحقيق التعادل الضغط مع ذلك في قاعة المفاعل (15 عربة). فتح صمام بوابة عزل قفل التحميل وتحميل الحامل في الجمعية حامل عينة في المفاعل. قم بتشغيل المحرك التناوب وتعيين سرعة دوران الركيزة-حامل 100 لفة في الدقيقة. ثم قم بإغلاق صمام البوابة. ضمان أن مياه التبريد يشغل كلا ح2 و NH3 إمدادات كافية، تدفق كتلة تحكم (MFC) وقراءات ضغط المراقب المالي (PC) هي نفسها سيتبوينتس، ويدور حامل الركيزة. تبديل نظام الغاز من ن2 ح2. قم بتشغيل جهاز الانعكاس الضوئي في الموقع . بدء النمو قبل بدء تشغيل الملف وصفه، والذي يقوم بتثبيت مسبقاً جميع المعلمات النمو بما في ذلك تكثف من الركازة درجات الحرارة ومعدلات تدفق الغاز وضغط المفاعل، والتحول من الصمامات. تكثيف الضغط المفاعل إلى 30 عربة في 3 دقيقة ودرجة حرارة الركازة إلى 1055 درجة مئوية تمج التلوث المتبقي من سطح الركيزة لمدة 3 دقائق في البيئة2 ح. منحدر أسفل درجة حرارة الركازة إلى 941 درجة مئوية التنو ونمو طبقة عازلة AlN (LT) درجات الحرارة المنخفضة. استقرار تدفق تريميثيلالومينوم (تمال) ك 12 سنتيمتر مكعب قياسي في الدقيقة (sccm) والنشادر (NH3) تدفق ك 7 sccm ودرجة حرارة الركازة لمدة 3 دقائق. بدء نمو طبقة AlN الملازم بتبديل تمال من تنفيس لتشغيل الخط. التحكم في سمك طبقة LT-AlN باستخدام نظام قياس انعكاسية مبنية خصيصا، الذي يشمل صمام ثنائي ليزر 637-شمال البحر الأبيض المتوسط، فوتوديتيكتور سي ف-i-ن، وبرمجيات على أساس ابفيف. تحديد معدل النمو في الفترة من انعكاسية ذبذبات19،20. في عينات مختارة، استخدام مستعرضة المسح الميكروسكوب الإلكتروني وانتقال الميكروسكوب الإلكتروني الصور للتأكد من دقة الرصد في الموقع . الحفاظ على نمو 6 دقيقة للوصول إلى سمك ~ 20 نانومتر، ثم تكثيف درجة حرارة الركازة إلى 1100 درجة مئوية في 3 دقيقة دون توقف نمو ومواصلة نمو طبقة AlN بسمك 300 نانومتر، كما رصدتها تطور بالتذبذب في s الاتحاد الدولي للاتصالات الانعكاس الضوئي. التبديل تمال من التشغيل إلى تنفيس، ثم إلى الخط خاملاً لوقف نمو AlN. استقرار تدفق تريميثيلجاليوم (تمجا) في 15.5 sccm، تكثيف تدفق3 NH على 7000 sccm واستقرار للحد الأدنى 1 منحدر الضغط المفاعل إلى 76 ميلليمتر زئبق في 1 دقيقة المنحدر تصل درجة حرارة الركازة إلى 1107 درجة مئوية في 1 دقيقة. نوكليتي وتنمو طبقة انتعاش قان مع سمك ~ 400 نانومتر، بينما رصد تطور انعكاسية. في البداية المعارض الانعكاسية انخفاضا حادا عند قان جزر نوكليتي في السطح AlN ومن ثم يسترد كثافة إلى المستوى الأصلي الموافق سطح مستو الذرة عندما تلتحم الجزر. تكثيف الركيزة إلى 1124 درجة مئوية في الحد الأدنى 2 تنمو طبقة قان شبه العازلة ذات درجة الحرارة العالية مع سمك ~2.5 مم. وقف النمو بتبديل تمجا من التشغيل إلى تنفيس، ثم إلى الخط خاملاً. تهدئة الركيزة لدرجة حرارة الغرفة على مدى فترة 40 دقيقة. منحدر أسفل ضغط المفاعل إلى 15 عربة على مدى فترة 1.5 دقيقة. تفريغ الركيزة من المفاعل باتباع الإجراء عكسي للخطوات 1.1.1-1.1.4. إعداد قالب قان وتحميل لمفاعل MBE قطع القالب غان 2 بوصة إلى 6 قطع متساوية على شكل دائري باستخدام خطاط الماس. إعداد حل ريجيا أكوا حمض داخل غطاء الأبخرة الحمضية بإضافة حمض النيتريك (HNO3و 68.0-70.0 w/w% و 50 مل) لحمض الهيدروكلوريك (HCl، w/w%، 150 مل 36.5-38.0) ببطء في كوب كوارتز. وضعت الكأس أكوا regia على صفيحة ساخنة بدرجة حرارة 220 درجة مئوية. بعد ظهور للون الأحمر البرتقالي وفقاعات الغاز، نقع قالب واحد على شكل دائري قان في الحل ويغلي لمدة 10 دقائق. شطف القالب قان في تشغيل إزالة مؤين الماء (DI) لمدة 3 دقائق. نقع قالب قان في HCl (36.5 38.0 w/w%):H2س الحل (1:1) لمدة 3 دقائق لإزالة أكسيد Ga. شطف القالب قان في إدارة المياه دي لمدة 5 دقائق. القالب مع ن2 الغاز الجاف. وضع القالب قان تنظيفها على حامل مو وتحميله في الدائرة تحميل-لوك MBE فورا. بدء ضخ أسفل التحميل-القفل بمضخة ميكانيكية جافة. 2-MBE نمو هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك إعداد الخلايا انصباب بعد ضخ أسفل التحميل-القفل ح 1، البدء في إعداد الزنك، مغ، تكون خلايا انصباب. ضبط درجة حرارة المنطقة العلوية خلية الزنك مزدوجة-المنطقة إلى 525 درجة مئوية بمعدل 17 درجة مئوية/دقيقة تكثف، والانتظار لمدة 5 دقائق ثم منحدر وصولاً إلى 515 درجة مئوية بمعدل 5 درجات مئوية/دقيقة مجموعة درجة الحرارة خلية ملغ إلى 570 درجة مئوية بمعدل 15 درجة مئوية/دقيقة تكثف تكثف ، بعد التوصل إلى تعيين نقطة، انتظر لمدة 10 دقائق ثم منحدر الخلية ملغ وصولاً إلى 300 درجة مئوية. تعيين تكون خلية درجة الحرارة إلى 900 درجة مئوية، مع معدل تكثف من 10 درجة مئوية/دقيقة، بعد أن وصلت إلى النقطة المحددة، انتظر لمدة 3 دقائق ثم منحدر الخلية وصولاً إلى 650 درجة مئوية. بعد 30 دقيقة، ضبط درجة حرارة المنطقة السفلي خلية الزنك مزدوجة-المنطقة إلى 360 درجة مئوية بمعدل تكثف من 10 درجة مئوية/دقيقة. بعد ضخ أسفل التحميل-القفل ح 2 للوصول إلى ضغط ~ 5 × 10-7 ميلليمتر زئبق، قم بتشغيل نظام حيود (ريد) انعكاس الإلكترونات ذات الطاقة العالية، وتحميل القالب قان في قاعة MBE. ضبط زاوية القالب قان بالتناوب مناور لرصد تطور نمط رهيد على طول اتجاه ثانوي [1-100]. ضبط درجة حرارة المنطقة السفلي خلية الزنك مزدوجة-المنطقة إلى 355 درجة مئوية بمعدل تكثف من 10 درجة مئوية/دقيقة. مراقبة قطبية من أكسيد الزنك قان والنمو من المخزن المؤقت LT-أكسيد الزنك منحدر أعلى درجة حرارة الركازة إلى 615 درجة مئوية بمعدل تكثف من 13.6 درجة مئوية/دقيقة تمج التلوث المتبقي من سطح الركيزة لمدة 15 دقيقة. منحدر أسفل درجة حرارة الركازة من 615 إلى 280 درجة مئوية بمعدل 13.6 درجة مئوية/دقيقة لنمو LT-أكسيد الزنك تكثف. عندما تصل درجة الحرارة إلى 550 درجة مئوية، فتح مصراع خلية الزنك تعريض سطح القالب قان مع تدفق الزنك. قم بتشغيل إمدادات الطاقة بلازما2 س، تعيين القوة 100 واط، وتحقق للتأكد من أن يتم إغلاق خط الغاز2 س. عند درجة حرارة تصل إلى 280 درجة مئوية، تعيين قوة البلازما2 س إلى 400 W، معدل تدفق مجموعة س2 إلى 0.3 sccm لإشعال البلازما ثم إنقاص معدل التدفق2 س إلى 0.25 sccm. الانتظار لمدة 1 دقيقة، ثم فتح مصراع2 س لبدء نمو طبقة عازلة LT-أكسيد الزنك. تسجيل نمط ريد كل 5 دقائق. بعد المتنامية لحوالي 15 دقيقة يناظر بسمك المخزن مؤقت ~ 20 نانومتر، عند تغيير نمط ريد من المشارب (وضع 2D) للبقع بيضاوي (وضع 3D)، إغلاق مصاريع2 الزنك ويا لوقف النمو. تعيين معدل التدفق2 س إلى 0.4 sccm، وضبط درجة حرارة الركازة إلى 730 درجة مئوية بمعدل 13.6 درجة مئوية/دقيقة يصلب الطبقة العازلة LT-أكسيد الزنك تكثف. ضبط درجة حرارة المنطقة السفلي خلية الزنك مزدوجة-منطقة إلى 345 درجة مئوية بمعدل تكثف من 10 درجة مئوية/دقيقة لنمو طبقة HT-أكسيد الزنك. عندما تصل درجة حرارة الركازة إلى النقطة المحددة من 730 درجة مئوية، انتظر لمدة 5 دقائق والتحقق من السطح أكسيد الزنك من ريد. عندما تعبر نمط ريد من 3D إلى 2D، وقف الصلب التعلية إلى أسفل درجة حرارة الركازة إلى 700 درجة مئوية. نمو طبقة أكسيد الزنك في درجات حرارة عالية عندما تصل إلى 700 درجة مئوية درجة حرارة الركازة وتستقر، وزيادة معدل تدفق2 س إلى 3.2 sccm. بدء نمو طبقة HT-أكسيد الزنك عن طريق فتح مصاريع2 الزنك ويا في نفس الوقت. تنمو في طبقة HT-أكسيد الزنك ل ~ 140 دقيقة للوصول إلى سمك ~ 300 نانومتر. تسجيل أنماط رهيد عدة مرات خلال هذا النمو إلى تأكيد وضع النمو 2D. وقف نمو طبقة HT-أكسيد الزنك عن طريق إغلاق مصاريع2 الزنك ويا في نفس الوقت. نمو الحاجز بيمجزنو تعيين معدل التدفق2 س إلى 0.3 sccm، تعيين تكون درجة حرارة الخلية إلى 820 درجة مئوية بمعدل 10 درجة مئوية/دقيقة تكثف، ضبط درجة حرارة الخلية ملغ إلى 510 درجة مئوية بمعدل 15 درجة مئوية/دقيقة تكثف، وضبط درجة حرارة الركازة إلى 325 درجة مئوية بمعدل 13.6 درجة تكثف ج/دقيقة لنمو الحاجز بيمجزنو. عندما تستقر درجة حرارة الركازة، زيادة معدل تدفق2 س إلى 1.25 sccm، وتبدأ النمو متزامن فتح الزنك، مغ،، ومصاريع2 س. تنمو في طبقة الحاجز بيمجزنو ~ 12 دقيقة للوصول إلى سمك ~ 30 نانومتر. سجل ريد أنماط عدة مرات خلال هذا النمو إلى رصد تطور الوضع النمو. وقف نمو طبقة بيمجزنو عن طريق إغلاق ملغ ويكون المصراع، مع الحفاظ على الزنك ويا2 مصراع مفتوحة لمدة 1 دقيقة يكون ~ 2 نانومتر أكسيد الزنك كاب طبقة سميكة. الانتهاء من النمو عن طريق إغلاق مصاريع2 الزنك ويا. منحدر أسفل درجة حرارة الركازة إلى درجة الحرارة الاحتياطية 150 درجة مئوية. انخفاض معدل تدفق2 س إلى 0.25 sccm. عند درجة حرارة الركازة أقل من 250 درجة مئوية، إنقاص قوة البلازما2 س إلى 100 واط وإيقاف إمدادات طاقة البلازما2 س وانخفاض معدل تدفق2 س 0، إغلاق خط الغاز2 س ويبرد حرارة الخلية إلى وضع الاستعداد شروط. انتظر حتى درجة حرارة الركازة لتصل إلى 150 درجة مئوية درجة الحرارة الاحتياطية، وفتح صمام بوابة دائرة النمو وتفريغ صاحب يفر إلى الدائرة قفل التحميل. التنفيس عن الدائرة قفل التحميل مع الغاز2 ن وأخذ العينة. 3-الأوصاف تقريبا قياس سمك العينة باستخدام خطوة-التعريف، من خلال المنطقة المغطاة على حافة العينة. تقييم نوعية سمك والسلالة والهيكلية هيتيروستروكتوري باستخدام دقة عالية حيود الأشعة السينية (هركسرد) (2q-ث بمسح الانعكاس (0002)). قطع العينة إلى 5 × 5 مم2 قطعة مربعة باستخدام خطاط الماس. التحقيق في خصائص العينة الإلكترونية باستخدام قياسات درجات الحرارة تأثير هول تعتمد في الهندسة فإن دير باوو، مع الإنديوم النقاط كأقطاب الاتصال (في). تحقق من مورفولوجية السطح باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM). 4-تصنيع شوتكي الثنائيات تصنيع اتصالات المقاومها على هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك ديجريسى العينة (~ 20 × 20 مم2 في الحجم) مع الأسيتون في منظف بالموجات فوق الصوتية لمدة 5 دقائق، تليها التنظيف مع الميثانول في المنظف بالموجات فوق الصوتية لمدة 5 دقائق والشطف في الماء دي لمدة 5 دقائق، وتهب الجافة مع ن2. تدور مقاوم الضوء معطف مع 1000 دورة في الدقيقة ل 3 s وثم rpm 3000 لمدة 30 ثانية. خبز لينة مقاوم الضوء عند 100 درجة مئوية ل 140 s. كشف بالأشعة فوق البنفسجية الخفيفة من خلال الاتصال المقاومها القناع في 6.5 ميغاواط الأشعة فوق البنفسجية مصباح الطاقة ل 2.38 دقيقة على راصفة قناع التصويرية. وظيفة خبز مقاوم الضوء عند 110 درجة مئوية ل 80 s. وضع في مطور ل 60 ثانية مع تردد اهتزاز 1/s. شطف في الماء دي 3 دقيقة، وضربه الجافة مع ن2. تحميل العينة في مبخر شعاع الإلكترون. دون تدفئة العينة، إيداع منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي مع سماكة 30/50 نانومتر، مقيسة برصد سمك الكريستال الكوارتز. انطلاقة في الأسيتون، متبوعاً بالتنظيف في الميثانول لمدة 5 دقائق، الشطف بالمياه دي لمدة 5 دقائق، وتهب الجاف مع ن2. يصلب الاتصال بسرعة أنيالير الحرارية (RTA) في 300 درجة مئوية لمدة 30 ثانية. تحقق من اتصال المقاومة من خلال انتقال خط النموذجي (تلم) قياس21. تصنيع اتصالات شوتكي على هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك اتبع الخطوات 4.1.1-4.1.7 للطباعة التصويرية للاتصال شوتكي. علاج سطح العينة مع س2 البلازما البعيدة لمدة 5 دقائق مع تدفق2 س 35 sccm وقوة الترددات اللاسلكية من 50 جورج اتبع الخطوات 4.1.8-4.1.10 للترسب Ag مع سماكة 50 نانومتر. وصف البنية التي تم الحصول عليها بقياسات الثنائيات شوتكي17-V.

Representative Results

العمود الأيسر من الشكل 1 يبين تطور نمط ريد سجلت على طول باتجاه ثانوي [1-100] خلال نمو MBE تكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري مع طبقة أكسيد الزنك HT سميكة 300 نانومتر و 30 نانومتر سميكة تكون0.02 الحاجز أكسيد الزنك0.26ملغ. يظهر العمود الأيمن مورفولوجيس السطحية ممثلة في مراحل النمو المختلفة (وليس من نفس العينة). كما يتضح من ظهور نمط رهيد متقطعاً، طبقة عازلة LT-أكسيد الزنك طبيعة النمو وضع الجزيرة (3D) ثلاثي الأبعاد. وتحسنت في مورفولوجيا سطح بمعاملة انلينغ الحراري عند درجة حرارة فوق 700 درجة مئوية. هو يرى بوضوح أن يتحول السطح من 3D إلى 2D مورفولوجيا. طبقة أكسيد الزنك HT اللاحقة لا تزال تنمو في وضع 2D، يتبعه نمو 2D تكون طبقة أكسيد الزنك0.26ملغ0.02دون تشكيل المرحلة الثانية. قد بينت القياسات فؤاد أن القالب قان خشونة جذر متوسط مربع (RMS) من 0.28 شمال البحر الأبيض المتوسط عن 5 × 5 ميكرومترات2 المسح الضوئي. سطح أملس مع خشونة RMS من 0.35 الحصول على شمال البحر الأبيض المتوسط لطبقة أكسيد الزنك HT دون عائق بتزايد تحت الشرط س الغنية وخشونة RMS من 0.45 شمال البحر الأبيض المتوسط ويلاحظ بعد نمو الحاجز بيمجزنو. هركسرد المحور الثلاثي 2θ-ω التفحص بحثاً عن نموذجي الزنك قطبية تكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري مع طبقة أكسيد الزنك HT سميكة 300 نانومتر، و 50 نانومتر سميكة تكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك طبقة الحاجز ويرد في الشكل 2. التأملات في 34.46 سو 34.54 س34.75 س تتسق مع الأفكار (0002) من أكسيد الزنك، قان، ويكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك، على التوالي. علما بأن توسيع نطاق التفكير من أن0.02ملغ0.26أكسيد الزنك بسبب ركاكة لها. سلالة بياكسيال الشد في طبقة أكسيد الزنك يعتبر مؤشرا على هيتيروستروكتوري الزنك القطبية، التحقيق في أعمالنا السابقة دراسة13. وحسبت محتويات مغ في رباعي بيمجزنو من زاوية راج زرد (0002) التفكير وانبعاث فوتون طاقته في الطيف الملازم-فوتولومينيسسينسي (الملازم-PL) تقاس في 13 ك (غير معروضة). ويبين الشكل 3 نتائج القياسات تعتمد على درجة الحرارة تأثير هول لتكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري. خفض تركيز الناقل ورقة من 8.8 × 1012 سم-2 إلى 6.4 × 1012 سم-2 عندما كان تبريده العينة من درجة حرارة الغرفة (293 ك) إلى ما يقرب من 100 ك. مع زيادة التبريد إلى 13 ك، يشبع تركيز الناقل ورقة في 6.2 × 1012 سم-2. يظهر هذا الاستنتاج أن الانخفاض الملحوظ في تركز الإلكترونات هي نابعة من المساهمات المقدمة من قنوات التوصيل المتوازي والتي تشمل تقنية HT-أكسيد الزنك وطبقة التنو معيبة، فضلا عن أن0.02ملغ0.26أكسيد الزنك الحاجز، أن وجدت. وقد أبلغ هذا الاتجاه أيضا عن10،هيتيروستروكتوريس مجزنو/أكسيد الزنك22. حركة الإلكترون في تكون0.02ملغ هيتيروستروكتوري أكسيد الزنك/أكسيد الزنك0.26إخفاق يزيد مع انخفاض درجة الحرارة؛ تنقل 293 كلفن/Vs2سم 206 وتنقل 13 ك2سم 1550/Vs قابلة للمقارنة للقيم في ال22،الأدب23. تطور الخصائص الإلكترونية كدالة لدرجة الحرارة يشير بوضوح إلى وجود 2DEG في تكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروينتيرفيس. ويبين الشكل 4 الحالي الفولت (-V) منحنيات قياس حرارة الغرفة للممثل أربعة Ag/تكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك “شوتكي” الثنائيات مع منطقة شوتكي من 1.1 × 10-4 سم2 في رقاقة واحدة. التيارات إلى الأمام تزيد أضعافاً مضاعفة مع الجهد التطبيقية تصل إلى 0.25 V، بعدها يسقط الجهد عبر المقاومة سلسلة تصبح واضحة. ارتفاع حاجز شوتكي أعلى من Φ بلغتap من 1.07 eV مع n معامل إيديليتي من 1.22. تصحيح نسب حوالي 1 × 108 تتحقق باستخدام القيم الحالية التي تم قياسها في الخامس= ±2 V. رقم 1. سطح توصيف. يعرض العمود الأيسر أنماط ريد المتخذة على طول اتجاه ثانوي [1-100] أثناء نمو MBE تكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري، والعمود الأيمن يعرض مورفولوجيس السطحية لقالب قان، طبقة HT-أكسيد الزنك، وتكون 0.02طبقة أكسيد الزنك0.26ملغ تقاس بفؤاد. LT-أكسيد الزنك العازلة التكنولوجيا تمكن من هيتيروستروكتوريس أكسيد الزنك عالية الجودة على قوالب قان شعرية متطابقة انخفاض نمو 2D-وضع. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- رقم 2. هركسرد هيتيروستروكتوري. هركسرد المحور الثلاثي 2θ-ω المسح الضوئي من نموذجي الزنك القطبية تكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري مع 50 نانومتر سميكة تكون0.02ملغ0.26طبقة الحاجز أكسيد الزنك. التأملات في 34.46 سو 34.54 س34.75 س تتسق مع الأفكار (0002) من أكسيد الزنك، قان، ويكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك، على التوالي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الشكل 3. الخصائص الإلكترونية هيتيروستروكتوري. درجة الحرارة الاعتماد ورقة الناقل وكثافة الإلكترونات التنقل من الزنك القطبية تكون0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الشكل 4. شوتكي الثنائيات. الخصائص النموذجية -V للممثل أربعة Ag/قياس0.02ملغ0.26أكسيد الزنك/أكسيد الزنك “شوتكي” الثنائيات في درجة حرارة الغرفة. التشابه بين أربعة منحنيات-V يشير إلى التوحيد في رقاقة عالية من العينة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

يوفر إمكانية لضبط مدى وعلامة على الإجهاد في رباعي إدماج كتبها BeO في مجزنو شكل بيمجزنو رباعي وبالتالي يزيد بشكل ملحوظ في كثافة 2DEG8. وتظهر النتائج التمثيلية التي تكون0.02ملغ0.26ينتج أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري بكثافة 2DEG قريبة من مأكل مثل الطحين المطلوب-لو فونون الرنين إلكترون كثافة (~ 7 × 1012 سم-2)24. على الرغم من أن تنقل الإلكترون هيتيروستروكتوري تعتمد اعتماداً كبيرا على المعلمات MBE النمو مثل درجة حرارة الركازة والسادس/الثاني نسبة HT-أكسيد الزنك وطبقة الحاجز بيمجزنو، كثافة 2DEG ضعيفة تعتمد على ظروف النمو و يحددها أساسا يكون ومحتوى مغ في الحاجز.

يتم استخدام قالب قان لنمو هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك مع عالية الجودة البلورية نظراً لعدم تطابق شعرية متوسطة 1.8 في المائة بين غان، وأكسيد الزنك، مقارنة مع عدم تطابق شعرية كبيرة من 18 في المائة بين الياقوت وأكسيد الزنك. لتجنب أي قناة موصلة موازية، المهم أن مقاومة عالية في نطاق MΩ/ساحة لقالب قان. وفي حالتنا، ويتحقق ذلك بتزايد ضغط دائرة منخفضة من 76 ميلليمتر زئبق لتعزيز تعويض الكربون. لضمان مراقبة قطبية في هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك (الزنك-قطبية)، المعالجة السطحية حذراً من قالب قان أمر لا غنى عنه. أي أكسدة أو تلوث عرض أثناء إعداد على سطح قان من شأنه أن يحفز الزنك-ويا–ميكس-قطبية في هيتيروستروكتوريس حتى أن نسبة السادس/الثاني الحاسم < يتم استيفاء 1.5.

الدول أي تفاعل كيميائي بين المعادن وأشباه الموصلات، وجود الملوثات السطحية، وهي عيوب قرب السطح، ونشر المعادن إلى أشباه الموصلات المشاكل المشتركة في مجال تصنيع شوتكي جهات الاتصال. سجلت مجموعة متنوعة من الأساليب في الأدب لتحضير السطح من أكسيد الزنك لتلفيق شوتكي الاتصال. فيما بينها هي النقش النقش في HCl (أو الأحماض الأخرى)، المادية مع الأوزون الأشعة فوق البنفسجية التنظيف والمعالجة في ح2س2، ويا البلازما2 (أو خليط مع أنه) من ع+،، 25،،من2627 28-الإجراءات النقش تهدف لإزالة طبقة سطحية بسمك تتراوح بين بضعة نانومتر ميكرون وبالتالي لا يمكن تطبيق لأجهزة هفت. تنظيف الأوزون الأشعة فوق البنفسجية أو س2 بلازما الإجراء يزيل الطبقة السطحية فقط. ولذلك، ومناسب تماما لإعداد السطح لدينا هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك.

عادة ما تتحقق الاتصالات شوتكي بإيداع معدن عالية عمل دالة مثل Pd، Pt، الأشعة تحت الحمراء، إلخ. وفي المقابل، Ag لديه وظيفة العمل منخفضة من 4.26 eV. وعلى الرغم من ذلك، يمكن أن تظهر الأجهزة استخدام القطب Ag تصحيح السلوك نظراً لتشكيل طبقة أكسيد الفضة واجهة الناجم عن الأكسدة الجزئية من Ag مع الأكسجين من أكسيد الزنك مصفوفة. طبقة أكسيد المشكلة حتى يكون شفافاً بالنسبة للإلكترونات ووظيفة العمل أعلى بالمقارنة مع Ag. راجو وآخرون. وأفادت مهام العمل حوالي 5.5 eV آغو نمت بترسب الليزر النبضي (PLD)، وهو أعلى من 1.3 eV Ag، وعلى مقربة من السمة ل المشتريات، وحزب العمال، والأشعة تحت الحمراء29. نتائجنا تشير إلى أن هذا القطب Ag (مع س2 البلازما المعالجة على السطح من أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري) معدن اتصال واعدة لتشكيل شوتكي الثنائيات.

لقد أظهرنا أسلوب لاختلاق جهات شوتكي عالية الجودة هفيتس المستندة إلى أكسيد الزنك. قالب قان أبخرة نمت مع إعداد السطح دقيق قبل MBE النمو وانخفاض نسبة السادس/الثاني < 1.5 خلال التنو أكسيد الزنك ضمان اتجاه قطبي الزنك هيتيروستروكتوريس المستندة إلى أكسيد الزنك ذات جودة عالية. أبخرة تقنية ناضجة تنضيد قان لمختلف التطبيقات المستخدمة على نطاق واسع. MBE الإجراء الموضح في هذا العمل يشير إلى كومبينابيليتي من تقنيات أبخرة و MBE، وأشباه الموصلات قان وأكسيد للأجهزة الإلكترونية. إدراج كمية صغيرة من يكون في نتائج طبقة الجدار بيمجزنو في هفيتس مع 2DEG عالية الكثافة وتنقل الإلكترون عالية وعالية الثبات الحراري، لتعزيز أداء عالية السرعة.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وأيد هذا العمل بالقوات الجوية مكتب من العلمية للبحث (أفوسر) تحت منحة FA9550-12-1-0094.

Materials

MOCVD Emcore customer build
MBE SVT Associates
TMAl SAFC CAS: 75-24-1
TMGa SAFC CAS: 1445-79-0
NH3 The Linde group CAS: 7664-41-7
H2 National Welders Supply Co. supplier part no. 335-041 Grade 5.0
O2 National Welders Supply Co. supplier part no. OX 300 Industrial Grade Oxygen, Size 300 Cylinder, CGA-540
Mg Sigma-Aldrich Product No.: 474754-25G MAGNESIUM, DISTILLED, DENDRITIC PIECES, 99.998% METALS BASIS
Be ESPI Metals Stock No. K646b Beryllium pieces, 3N
Zn Alfa Aesar, Thermo Fisher Scientific Chemicals Inc. Product No.: 10760-30 Zinc shot, 1-6mm (0.04-0.24in), Puratronic, 99.9999%
Au Kurt J. Lesker part no. EVMAUXX40G Gold Pellets, 99.99%
Ag Kurt J. Lesker part no. EVMAG40QXQ Silver Pellets, 99.99%
Ti Kurt J. Lesker part no. EVMTI45QXQ Titanium Pellets, 99.995%
Developer Rohm and Haas electronic Materials LLC MF-CD-26 Material number 10018050
Photoresist Rohm and Haas electronic Materials LLC SPR 955 Material number 10018283
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Morkoc, H., Solomon, P. M. The hemt: A superfast transistor: An experimental GaAs-AlGoAs device switches in picoseconds and generates little heat. This is just what supercomputers need. IEEE spectrum. 21 (2), 28-35 (1984).
  2. Aktas, O., et al. Microwave performance of AlGaN/GaN inverted MODFET’s. IEEE Electron Device Letters. 18 (6), 293-295 (1997).
  3. Leach, J. H., et al. Effect of hot phonon lifetime on electron velocity in InAlN/AlN/GaN heterostructure field effect transistors on bulk GaN substrates. Applied Physics Letters. 96 (13), 133505 (2010).
  4. Sasa, S., et al. Microwave performance of ZnO/ZnMgO heterostructure field effect transistors. Physica status solidi (a). 208 (2), 449-452 (2011).
  5. Ye, D., et al. Enhancement-mode ZnO/Mg0.5Zn0.5O HFET on Si. Journal of Physics D: Applied Physics. 47 (25), 255101 (2014).
  6. Koike, K., et al. Molecular beam epitaxial growth of wide bandgap ZnMgO alloy films on (111)-oriented Si substrate toward UV-detector applications. Journal of Crystal Growth. 278 (1-4), 288-292 (2005).
  7. Du, X., et al. Controlled Growth of High-Quality ZnO-Based Films and Fabrication of Visible-Blind and Solar-Blind Ultra-Violet Detectors. Advanced Materials. 21 (45), 4625-4630 (2009).
  8. Ding, K., Ullah, M., Avrutin, V., Özgür, &. #. 2. 2. 0. ;., Morkoç, H. Investigation of high density two-dimensional electron gas in Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures. Applied Physics Letters. 111 (18), 182101 (2017).
  9. Ding, K., Avrutin, V., Özgür, &. #. 2. 2. 0. ;., Morkoç, H. III-Nitride Light-Emitting Diodes. Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering. , 1-21 (2017).
  10. Tsukazaki, A., et al. Quantum Hall effect in polar oxide heterostructures. Science. 315 (5817), 1388-1391 (2007).
  11. Tsukazaki, A., et al. Observation of the fractional quantum Hall effect in an oxide. Nat Mater. 9 (11), 889-893 (2010).
  12. Falson, J., et al. MgZnO/ZnO heterostructures with electron mobility exceeding 1 x 10(6) cm(2)/Vs. Sci Rep. 6, 26598 (2016).
  13. Ullah, M. B., et al. Polarity control and residual strain in ZnO epilayers grown by molecular beam epitaxy on (0001) GaN/sapphire. physica status solidi (RRL) Rapid Research Letters. 10 (9), 682-686 (2016).
  14. Ullah, M. B., et al. Characterization of Ag Schottky Barriers on Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO Heterostructures. physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters. , (2017).
  15. Lee, J. H., et al. Schottky diodes prepared with Ag, Au, or Pd contacts on a MgZnO/ZnO heterostructure. Japanese Journal of Applied Physics. 51 (9S2), 09MF07 (2012).
  16. Singh, R., et al. Investigation of barrier inhomogeneities and interface state density in Au/MgZnO: Ga Schottky contact. Journal of Physics D: Applied Physics. 49 (44), 445303 (2016).
  17. Brillson, L. J., Lu, Y. ZnO Schottky barriers and Ohmic contacts. Journal of Applied Physics. 109 (12), 121301 (2011).
  18. Müller, S., et al. Method of choice for fabrication of high-quality ZnO-based Schottky diodes. Journal of Applied Physics. 116 (19), 194506 (1945).
  19. Figge, S., Böttcher, T., Einfeldt, S., Hommel, D. In situ and ex situ evaluation of the film coalescence for GaN growth on GaN nucleation layers. Journal of Crystal Growth. 221 (1-4), 262-266 (2000).
  20. Han, J., Ng, T. -. B., Biefeld, R., Crawford, M., Follstaedt, D. The effect of H 2 on morphology evolution during GaN metalorganic chemical vapor deposition. Applied Physics Letters. 71 (21), 3114-3116 (1997).
  21. Berger, H. Models for contacts to planar devices. Solid-State Electronics. 15 (2), 145-158 (1972).
  22. Tampo, H., et al. Polarization-induced two-dimensional electron gases in ZnMgO/ZnO heterostructures. Applied Physics Letters. 93 (20), 202104 (2008).
  23. Ye, J. D., et al. Two-dimensional electron gas in Zn-polar ZnMgO/ZnO heterostructure grown by metal-organic vapor phase epitaxy. Applied Physics Letters. 97 (11), 111908 (2010).
  24. Šermukšnis, E., et al. Hot-electron energy relaxation time in Ga-doped ZnO films. Journal of Applied Physics. 117 (6), 065704 (2015).
  25. Singh, C., Agarwal, G., Rao, G. D., Chaudhary, S., Singh, R. Effect of hydrogen peroxide treatment on the electrical characteristics of Au/ZnO epitaxial Schottky diode. Materials Science in Semiconductor Processing. 14 (1), 1-4 (2011).
  26. Mohanta, S., et al. Electrical characterization of Schottky contacts to n-MgZnO films. Thin Solid Films. 548, 539-545 (2013).
  27. Schifano, R., Monakhov, E., Grossner, U., Svensson, B. Electrical characteristics of palladium Schottky contacts to hydrogen peroxide treated hydrothermally grown ZnO. Applied Physics Letters. 91 (19), 193507 (2007).
  28. Ip, K., et al. Improved Pt/Au and W/Pt/Au Schottky contacts on n-type ZnO using ozone cleaning. Applied Physics Letters. 84 (25), 5133-5135 (2004).
  29. Raju, N. R. C., Kumar, K. J., Subrahmanyam, A. Physical properties of silver oxide thin films by pulsed laser deposition: effect of oxygen pressure during growth. Journal of Physics D: Applied Physics. 42 (13), 135411 (2009).

Tags

Schottky DiodesZn-polar BeMgZnO/ZnO HeterostructurePlasma-assisted Molecular Beam EpitaxyZinc OxideHeterojunction Field Effect TransistorsTwo-dimensional Electron GasHigh-frequencyHigh-power Field Effect TransistorsElectron SaturationSchottky Contact StabilitySolar Plant DetectorsChemical SensorsBiosensorsSapphire SubstrateMetal Organic CVDAluminum NitrideGallium Nitride

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Ding, K., Avrutin, V., Izioumskaia, N., Ullah, M. B., Özgür, Ü., Morkoç, H. Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy. J. Vis. Exp. (140), e58113, doi:10.3791/58113 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image