Fabrication de Diodes Schottky sur Zn-polar BeMgZnO/ZnO hétérostructure passé épitaxie de faisceau moléculaire assistée par Plasma

Cette méthode peut aider à répondre à la question clé sur le contrôle de tension sur le courant dans les transistors d’effet d’hétérojonction à base d’oxyde de zinc avec du gaz électronique bidimensionnel à l’aide de contacts Schottky. Le principal avantage de cette technique est que la porte de l’effet de champ transistor peut être définie en une seule étape photo. Les implications de cette technique s’étendent à travers les nouvelles générations de transistors à haute fréquence et à effet de champ de haute puissance en profitant de la grande diversité de saturation électronique dans l’oxyde de zinc.

Bien que cette méthode donne un aperçu de la nature du contact schottky dans la stabilité sur un seul site, il peut également être appliqué à d’autres dispositifs basés sur un seul site tels que les détecteurs de plantes solaires et les produits chimiques ou biocapteurs. Pour commencer la procédure, chargez un substrat de saphir de deux pouces de diamètre de 380 micromètres d’épaisseur C-plane dans un instrument de CVD organique en métal, et préparez le système pour le dépôt. Une fois que le système est prêt, rampez la pression du réacteur à 30 torrs et la température du substrat à 1055 degrés Celsius dans une atmosphère hydrogène au cours de 35 minutes.

Maintenez-le à cette température pendant trois minutes pour désorbant les contaminants résiduels. Puis, rampe du substrat jusqu’à 941 degrés Celsius au cours de trois minutes. Après avoir laissé la température se stabiliser pendant deux minutes, réglez le débit de triméthylaluminum à 12,0 SCCM, et l’ammoniac s’écoule à sept SCCM.

Laissez le débit se stabiliser pendant trois minutes. Ensuite, passez le flux de triméthylaluminum à la ligne de course pour lancer la croissance de la couche de nitride aluminium à basse température. Pendant six minutes, faire pousser environ 20 nanomètres de nitride d’aluminium sur le substrat mesuré par des oscillations de réflectivité.

Après cela, sans interrompre la croissance, rampez le substrat à 1100 degrés Celsius en trois minutes. Poursuivre la croissance du nitride d’aluminium jusqu’à ce que la couche soit de 300 nanomètres d’épaisseur. Ensuite, dirigez le flux de triméthylaluminum loin du réacteur.

Démarrez le flux de trimethylgallium à 15,5 SCCM et laissez-le se stabiliser pendant deux minutes. Ensuite, cultivez environ 400 nanomètres de nitride de gallium sur le substrat. Une diminution initiale de la réflectivité sera observée pendant la nucléation de nitride de gallium.

La réflectivité retrouvera son niveau d’origine lorsque les îles de nitride de gallium se resserront. Une fois que le nitride de gallium est de 400 nanomètres d’épaisseur, rampez la température du substrat à 1,124 degrés Celsius en deux minutes sans interrompre la croissance. Cultivez environ 2,5 nanomètres d’une couche de nitride de gallium semi-isolant à haute température.

Ensuite, dirigez le flux trimethylgallium loin du réacteur pour arrêter la croissance. Refroidir le modèle de nitride de gallium nouvellement formé à température ambiante et le décharger du réacteur. Ensuite, découpez le modèle en six morceaux de taille égale.

Dans un capot de fumée, chauffer une plaque chauffante à 220 degrés Celsius et préparer 200 millilitres d’un mélange en volume d’acide chlorhydrique concentré dans l’eau déionisée. Ensuite, placez 150 millilitres d’acide chlorhydrique concentré dans un bécher quartz de 300 millilitres. Ajouter lentement 50 millilitres d’acide nitrique concentré pour obtenir une solution aqua regia.

Chauffer la solution aqua regia sur la plaque chauffante jusqu’à ce que la solution soit rouge orané et pétillante. Ensuite, placez un modèle de nitride gallium dans un panier en polytétrafluoroéthylène et faites-le bouillir dans aqua regia pendant 10 minutes. Rincer le modèle à l’eau déionisée qui coule pendant trois minutes.

Puis tremper le modèle dans la solution d’acide chlorhydrique pendant trois minutes. Rincez à nouveau le modèle dans de l’eau déionisée qui coule pendant cinq minutes, puis séchez-le avec du gaz azoté. Dans les cinq minutes, chargez le modèle propre dans un verrou de charge d’instrument épitaxique à faisceau moléculaire de deux-six et commencez à le pomper vers le bas.

Après avoir pompé le verrou de charge avec le modèle propre de nitride de gallium pendant une heure, préparez les cellules d’effusion de magnésium de zinc et de béryllium. Allumez le système de diffraction des électrons à haute énergie de réflexion et chargez le modèle dans le MBE. Ensuite, rampez le substrat à 615 degrés Celsius à 13,6 degrés Celsius par minute, et maintenez-le à cette température pendant 15 minutes pour désorbant les contaminants résiduels.

Ensuite, commencez à ramper le substrat jusqu’à 280 degrés Celsius. Lorsque le substrat atteint 550 degrés Celsius, ouvrez l’obturateur des cellules de zinc pour exposer la surface du nitride de gallium au flux de zinc. Allumez l’alimentation en oxygène plasma, réglez la puissance à 100 watts, et confirmez que la conduite de gaz d’oxygène est fermée.

Lorsque le substrat atteint 280 degrés Celsius, réglez la puissance plasmatique de l’oxygène à 400 watts. Réglez le flux d’oxygène à 0,3 SCCM pour enflammer le plasma, puis réduisez-le à 0,25 SCCM. Attendez une minute, puis ouvrez l’obturateur d’oxygène pour démarrer la croissance de la couche tampon d’oxyde de zinc à basse température.

Enregistrez un modèle de lecture le long d’une direction azimuthal zéro zéro négatif toutes les cinq minutes pendant la croissance. Après environ 15 minutes, le modèle de lecture va passer du mode 2D au mode 3D, indiquant une épaisseur tampon d’environ 20 nanomètres. Fermez le zinc et les volets d’oxygène pour arrêter la croissance.

Ensuite, augmenter le débit d’oxygène à 0,4 SCCM. Commencez à faire monter le substrat à 730 degrés Celsius à 13,6 degrés Celsius par minute. Rampez la température de la zone inférieure de la cellule de zinc à double zone à 345 degrés Celsius à 10 degrés Celsius par minute.

Attendez cinq minutes lorsque le substrat atteint 730 degrés Celsius, puis commencez à surveiller la surface de l’oxyde de zinc en lisant. Lorsqu’il se modifie en mode 2D, la couche tampon a été annelé. Refroidir le substrat à 680 degrés Celsius.

Ensuite, augmenter le débit d’oxygène à 3,2 SCCM, et ouvrir les volets de zinc et d’oxygène pour faire croître une couche d’oxyde de zinc de 300 nanomètres d’épaisseur et à haute température. Réglez le débit d’oxygène à 0,3 SCCM par la suite. Rampe de la cellule de béryllium à 820 degrés Celsius à 10 degrés Celsius par minute, et la cellule de magnésium à 510 degrés Celsius à 15 degrés Celsius par minute.

Refroidir le substrat à 325 degrés Celsius à 13,6 degrés Celsius par minute. Une fois que la température du substrat se stabilise, augmentez graduellement le débit d’oxygène à 1,25 SCCM. Ensuite, ouvrez simultanément les volets de zinc, magnésium, béryllium et oxygène pour démarrer la croissance de la barrière d’oxyde de zinc de magnésium de béryllium.

Cultivez une couche d’environ 30 nanomètres d’oxyde de zinc de magnésium de béryllium au cours de 12 minutes. Acquérir périodiquement des modèles de lecture pour suivre l’évolution du mode de croissance. Ensuite, acquérir un modèle de lecture finale et fermer les volets de magnésium et de béryllium pour mettre fin à la croissance de l’oxyde de zinc de magnésium béryllium.

Laissez les volets de zinc et d’oxygène ouverts pendant une minute de plus pour faire pousser une couche épaisse de bouchon d’oxyde de zinc d’environ deux nanomètres. Pour commencer la fabrication de la diode, soniquer l’échantillon d’hétérostructure d’oxyde de zinc d’oxyde de zinc de béryllium dans l’acétone et le méthanol pendant cinq minutes chacun dans l’ordre. Rincer l’échantillon à l’eau déionisée pendant cinq minutes et le sécher sous un jet de gaz azoté.

Ensuite, spin-coat de l’échantillon avec i-Line photorésist positive. Cuire au four doux le photorésiste à 100 degrés Celsius pendant 140 secondes. Masquez l’échantillon et exposez-le à une lampe UV de 6,5 watts pendant 2,38 minutes.

Post-cuire le photorésistant à 110 degrés Celsius pendant 80 secondes. Ensuite, secouez l’échantillon en développeur photorésiste pendant 60 secondes avec une fréquence de secousse d’un hertz. Rincer l’échantillon développé à l’eau déionisée pendant trois minutes et le sécher sous l’azote gazeux.

Ensuite, traitez l’échantillon avec du plasma d’oxygène à distance avec un flux d’oxygène de 35 SCCM dans une puissance RF de 50 watts pendant cinq minutes. Enfin, chargez l’échantillon dans un évaporateur de faisceau d’électrons et déposez 50 nanomètres d’argent. Décollez avec de l’acétone pour former les contacts, et nettoyez et séchez l’échantillon avec du méthanol, de l’eau et du gaz azoté.

Les modèles de lecture de la couche tampon d’oxyde de zinc à basse température ont d’abord montré des taches elliptiques, indiquant un mode de croissance des îles 3D. Annealing à plus de 700 degrés Celsius a produit une morphologie de surface 2D. Les couches suivantes ont toutes deux grandi en mode 2D.

La microscopie de force atomique a montré une petite augmentation de la rugosité carrée moyenne de racine avec chaque couche. La diffraction de rayon X a montré des réflexions compatibles aux réflexions 0002 de l’oxyde de zinc, du nitride de gallium, et de l’oxyde de zinc de magnésium de béryllium. L’élargissement de la réflexion d’oxyde de zinc de magnésium de béryllium a été attribué à la minceur de cette couche.

Les mesures tous effets de l’hétérostructure ont montré une diminution de la concentration des porteurs de feuilles avec une température décroissante, avec saturation à environ 13 kelvin. La mobilité des électrons a augmenté monotoniquement avec la baisse de la température. Les valeurs observées à 293 kelvin et 13 kelvin étaient compatibles avec les valeurs de la littérature.

Ces tendances indiquent la présence de gaz électronique bidimensionnel à l’interface d’oxyde de zinc d’oxyde de zinc de béryllium. Courbes de tension de densité actuelles à température ambiante pour l’oxyde de zinc de magnésium de béryllium argenté Les diodes Schottky ont montré que les courants de barrière augmentaient exponentiellement avec une tension avancée appliquée jusqu’à 0,25 volts, après quoi la tension-gouttes à travers la résistance de série est devenue évidente. La similitude entre les courbes indiquait une uniformité élevée de l’échantillon dans les gaufrettes.

La hauteur apparente la plus élevée de barrière de Schottky a été observée avec un facteur d’idéalité de 1,22. Puisque cette méthode exécutée est critique pour l’union pour contrôler précisément la polarité de surface de l’oxyde de zinc sur des modèles de nitride de gallium polaire de gallium, l’échec dans le contrôle de polarité a comme conséquence une hétérostructure sans gaz électronique bidimensionnel. Le maintien d’un ratio sectoriel inférieur à 1,5 pendant la nucléation à site unique garantit que les hétérostructures à base d’un seul site ont toutes l’orientation polaire du zinc.

Tout en essayant cette procédure, n’oubliez pas de nettoyer soigneusement la surface de l’échantillon à la fois avant de cultiver les hétérostructures d’oxyde de zinc d’oxyde de zinc de béryllium sur le modèle de nitride de gallium et avant de fabriquer les contacts Schottky sur les hétérostructures. Suite à cette procédure, d’autres méthodes comme un RTM et XPS peuvent être utilisées pour obtenir un aperçu de la nature de l’interface argentique à site unique au niveau nanométrique. Nous émettons l’hypothèse que la formation de l’oxyde d’argent conductrice à l’interface argentée d’oxyde de zinc a comme résultat le contact stable de Schottky.

Par conséquent, cette approche ouvre la voie à un contact Schottky stable en grande quantité sur un seul site. Cela a des implications pour les appareils qui reposent sur le contact Schottky, y compris les photodétecteurs de phase H et les produits chimiques et biocapteurs. N’oubliez pas que les solvants solides et les composés contenant du béryllium peuvent être extrêmement dangereux.

L’équipement de protection chimique, un masque et des gants doivent toujours être portés pendant cette procédure. Portez un masque antipoussière lors du chargement et du déchargement d’échantillons pour la croissance du MB. Cependant, il convient de mentionner que la quantité totale de béryllium évaporé dans le système MB est de quelques dixièmes de microgrammes, la plupart enterrés dans les parois de la chambre sous la forme d’oxyde de béryllium de zinc pauvre en béryllium.