Fabricación de diodos de Schottky en Zn-polar heteroestructura de BeMgZnO/ZnO por Epitaxy de viga Molecular asistida por Plasma

Este método puede ayudar a responder a preguntas clave sobre el control de voltaje sobre la corriente en transistores de efecto de campo de heterojunción basados en óxido de zinc con gas electrónico bidimensional utilizando contactos Schottky. La principal ventaja de esta técnica es que la puerta del transistor de efecto de campo se puede definir en un solo paso fotográfico. Las implicaciones de esta técnica se extienden a través de las nuevas generaciones de transistores de efecto de campo de alta frecuencia y alta potencia aprovechando la alta diversidad de saturación de electrones en óxido de zinc.

Aunque este método proporciona información sobre la naturaleza del contacto Schottky en estabilidad en un solo sitio, también se puede aplicar a otros dispositivos basados en un solo sitio, como los detectores de plantas solares y los químicos o biosensores. Para comenzar el procedimiento, cargue un sustrato de zafiro de dos pulgadas de diámetro 380 micrómetros de espesor C-plano en un instrumento CVD orgánico metálico, y prepare el sistema para la deposición. Una vez que el sistema está listo, rampa la presión del reactor a 30 torrs y la temperatura del sustrato a 1, 055 grados Celsius en una atmósfera de hidrógeno en el transcurso de 35 minutos.

Sosténtelo a esa temperatura durante tres minutos para desorber los contaminantes residuales. A continuación, rampa el sustrato hasta 941 grados Celsius en el transcurso de tres minutos. Después de dejar que la temperatura se estabilice durante dos minutos, ajuste el flujo de trimetilaluminio a 12.0 SCCM, y el flujo de amoníaco a siete SCCM.

Deje que el caudal se estabilice durante tres minutos. A continuación, cambie el flujo de trimetilaluminio a la línea de carrera para iniciar el crecimiento de la capa de nitruro de aluminio a baja temperatura. En el transcurso de seis minutos, crecen alrededor de 20 nanómetros de nitruro de aluminio en el sustrato medido por oscilaciones de reflectividad.

Después de eso, sin interrumpir el crecimiento, rampa el sustrato a 1, 100 grados Celsius en tres minutos. Continúe el crecimiento del nitruro de aluminio hasta que la capa sea de 300 nanómetros de espesor. Luego, dirija el flujo de trimetilaluminum lejos del reactor.

Iniciar el flujo de trimetilgallo a 15.5 SCCM y dejar que se estabilice durante dos minutos. Luego, crecer alrededor de 400 nanómetros de nitruro de galio en el sustrato. Se observará una disminución inicial de la reflectividad durante la nucleación de nitruro de galio.

La reflectividad se recuperará al nivel original cuando las islas de nitruro de galio se unan. Una vez que el nitruro de galio tiene 400 nanómetros de espesor, rampa la temperatura del sustrato a 1, 124 grados Celsius en dos minutos sin interrumpir el crecimiento. Crece alrededor de 2,5 nanómetros de una capa de nitruro de galio semiaislante de alta temperatura.

Luego, dirija el flujo de trimetilgallo lejos del reactor para detener el crecimiento. Enfríe la plantilla de nitruro de galio recién formada a temperatura ambiente y descárgalo del reactor. A continuación, divida la plantilla en seis piezas de igual tamaño.

En una campana de humo, calienta una placa caliente a 220 grados Celsius y prepara 200 mililitros de una mezcla de uno a uno por volumen de ácido clorhídrico concentrado en agua desionizada. A continuación, coloque 150 mililitros de ácido clorhídrico concentrado en un vaso de cuarzo de 300 mililitros. Añadir lentamente 50 mililitros de ácido nítrico concentrado para obtener una solución de agua regia.

Caliente la solución de agua regia en la placa caliente hasta que la solución sea de color rojo anaranjado y burbujeante. A continuación, coloque una pieza de plantilla de nitruro de galio en una cesta de politetrafluoroetileno y hiérvala en agua regia durante 10 minutos. Enjuague la plantilla con agua desionizada que fluye durante tres minutos.

A continuación, remoje la plantilla en la solución de ácido clorhídrico durante tres minutos. Enjuague la plantilla de nuevo en agua desionizada que fluye durante cinco minutos y luego séquela con gas nitrógeno. En cinco minutos, cargue la plantilla limpia en un bloqueo de carga de instrumento de epitaxía de haz molecular de dos seis y comience a bombearla hacia abajo.

Después de bombear por el bloqueo de carga con la plantilla de nitruro de galio limpio durante una hora, prepare las células de derrame de magnesio de zinc y berilio. Encienda el sistema de difracción de electrones de alta energía de reflexión y cargue la plantilla en el MBE. A continuación, rampa el sustrato a 615 grados Celsius a 13,6 grados Celsius por minuto, y mantenerlo a esa temperatura durante 15 minutos para desorber contaminantes residuales.

A continuación, empezar a rampar el sustrato a 280 grados Celsius. Cuando el sustrato alcance los 550 grados Celsius, abra el obturador de la célula de zinc para exponer la superficie del nitruro de galio al flujo de zinc. Encienda la fuente de alimentación de plasma de oxígeno, ajuste la energía a 100 vatios y confirme que la línea de gas de oxígeno está cerrada.

Cuando el sustrato alcance los 280 grados centígrados, ajuste la potencia del plasma de oxígeno a 400 vatios. Establezca el flujo de oxígeno en 0,3 SCCM para encender el plasma y, a continuación, reducirlo a 0,25 SCCM. Espere un minuto y luego abra el obturador de oxígeno para iniciar el crecimiento de la capa tampón de óxido de zinc a baja temperatura.

Registre un patrón de lectura a lo largo de una dirección acimutal cero negativa cada cinco minutos durante el crecimiento. Después de unos 15 minutos, el patrón de lectura cambiará del modo 2D al modo 3D, lo que indica un grosor de búfer de unos 20 nanómetros. Cierre el zinc y las persianas de oxígeno para detener el crecimiento.

Entonces, aumente el caudal de oxígeno a 0.4 SCCM. Comienza a aumentar el sustrato a 730 grados Celsius a 13,6 grados Centígrados por minuto. Aumente la temperatura de zona más baja de la célula de zinc de doble zona a 345 grados centígrados a 10 grados centígrados por minuto.

Espere cinco minutos cuando el sustrato alcance los 730 grados centígrados y luego comience a monitorear la superficie del óxido de zinc leyendo. Cuando cambia al modo 2D, la capa de búfer se ha recocido. Enfríe el sustrato a 680 grados Celsius.

Luego, aumente el caudal de oxígeno a 3.2 SCCM, y abra las persianas de zinc y oxígeno para crecer una capa de óxido de zinc de 300 nanómetros de espesor y alta temperatura. Establezca el caudal de oxígeno en 0,3 SCCM después. Rampa la célula de berilio a 820 grados Celsius a 10 grados Celsius por minuto, y la célula de magnesio a 510 grados Celsius a 15 grados Celsius por minuto.

Enfríe el sustrato a 325 grados Celsius a 13,6 grados Centígrados por minuto. Una vez que la temperatura del sustrato se estabiliza, aumentar gradualmente el caudal de oxígeno a 1.25 SCCM. A continuación, abra simultáneamente las persianas de zinc, magnesio, berilio y oxígeno para iniciar el crecimiento de la barrera de óxido de zinc de magnesio de berilio.

Cultivar una capa de aproximadamente 30 nanómetros de óxido de zinc de magnesio de berilio en el transcurso de 12 minutos. Adquiera periódicamente patrones de lectura para monitorear la evolución del modo de crecimiento. A continuación, adquirir un patrón de lectura final y cerrar las persianas de magnesio y berilio para poner fin al crecimiento de óxido de zinc de magnesio de berilio.

Deje las persianas de zinc y oxígeno abiertas durante un minuto más para crecer una capa de tapa de óxido de zinc de aproximadamente dos nanómetros de espesor. Para comenzar la fabricación de diodos, sonicar la muestra de heteroestructura de óxido de zinc de óxido de zinc de berilio magnesio en acetona y metanol durante cinco minutos cada uno en secuencia. Enjuague la muestra en agua desionizada durante cinco minutos y séquela bajo una corriente de gas nitrógeno.

A continuación, gire a la muestra con fotorresista positivo i-Line. Hornee suavemente el fotorresisí a 100 grados Centígrados durante 140 segundos. Enmascarar la muestra y exponerla a una lámpara UV de 6,5 vatios durante 2,38 minutos.

Cocine el fotorresisí a 110 grados centígrados durante 80 segundos. A continuación, agitar la muestra en el desarrollador fotorresista durante 60 segundos con una frecuencia de agitación de un hercios. Enjuague la muestra desarrollada en agua desionizada durante tres minutos y séquela bajo gas nitrógeno.

A continuación, trate la muestra con plasma de oxígeno remoto con un flujo de oxígeno de 35 SCCM en una potencia de RF de 50 vatios durante cinco minutos. Por último, cargue la muestra en un evaporador de haz de electrones y deposite 50 nanómetros de plata. Levante con acetona para formar los contactos, y limpie y seque la muestra con metanol, agua y gas nitrógeno.

Los patrones de lectura de la capa tampón de óxido de zinc a baja temperatura inicialmente mostraban manchas elípticas, lo que indica un modo de crecimiento de islas 3D. El recocido por encima de 700 grados Centígrados produjo una morfología superficial 2D. Las capas posteriores crecieron en modo 2D.

La microscopía de fuerza atómica mostró un pequeño aumento en la rugosidad cuadrada media de la raíz con cada capa. La difracción de rayos X mostró reflejos consistentes con los reflejos 0002 de óxido de zinc, nitruro de galio y óxido de zinc de magnesio de berilio. La ampliación de la reflexión de óxido de zinc de magnesio de berilio se atribuyó a la delgadez de esa capa.

Las mediciones de todos los efectos de la heteroestructura mostraron una disminución en la concentración del portador de la hoja con la temperatura decreciente, con saturación de aproximadamente 13 kelvin. La movilidad de electrones aumentó monotónicamente con la disminución de la temperatura. Los valores observados en 293 kelvin y 13 kelvin eran consistentes con los valores de la literatura.

Estas tendencias indican la presencia de gas electrónico bidimensional en la interfaz de óxido de zinc de óxido de zinc de berilio magnesio. Las curvas de voltaje de densidad de corriente a temperatura ambiente para el óxido de zinc de óxido de zinc de berilio de berilio plateado Los diodos Schottky mostraron corrientes de compuerta aumentando exponencialmente con voltaje directo aplicado de hasta 0,25 voltios, después de lo cual las caídas de tensión a través de la resistencia de la serie se hicieron evidentes. La similitud entre las curvas indicaba una alta uniformidad en la oblea de la muestra.

La altura de barrera Schottky más alta aparente se observó con un factor de idealidad de 1,22. Dado que este método realizado es fundamental para la unión para controlar con precisión la polaridad superficial del óxido de zinc en las plantillas de nitruro de galio polar de galio, la falla en el control de polaridad da como resultado una heteroestructura sin gas electrónico bidimensional. Mantener una relación de todo el sector por debajo de 1,5 durante la nucleación de un solo sitio garantiza que las heteroestructuras basadas en un solo sitio tengan toda la orientación polar de zinc.

Durante el intento de este procedimiento, recuerde limpiar cuidadosamente la superficie de la muestra antes de cultivar el óxido de zinc de óxido de magnesio de berilio heteroestructuras en la plantilla de nitruro de galio y antes de fabricar los contactos Schottky en las heteroestructuras. Siguiendo este procedimiento, se pueden emplear otros métodos como un RTM y XPS para obtener información sobre la naturaleza de la interfaz de plata de un solo sitio a nivel de nanoescala. Entendemos que la formación de óxido de plata conductora en la interfaz de plata de óxido de zinc da como resultado el contacto estable de Schottky.

Por lo tanto, este enfoque allana el camino hacia el contacto estable de Schottky de alta cantidad en un solo sitio. Esto tiene implicaciones para los dispositivos que dependen del contacto Schottky, incluidos los fotodetectores de fase H y los químicos y los biosensores. No olvide que los disolventes fuertes y los compuestos que contienen berilio pueden ser extremadamente peligrosos.

Durante este procedimiento, siempre se debe usar un equipo de protección química, una máscara y guantes. Use una máscara antipolvo al cargar y descargar muestras para el crecimiento de MB. Sin embargo, cabe mencionar que la cantidad total de berilio evaporado en el sistema MB es unas décimas de microgramos, con la mayor parte enterrado en las paredes de la cámara en forma de óxido de berilio de zinc pobre en berilio.