Fabbricazione di diodi Schottky su Zn-polar eterostruttura BeMgZnO/ZnO cresciuto di epitassia da fasci molecolari assistita da Plasma

Questo metodo può aiutare a rispondere alla domanda chiave sul controllo della tensione sulla corrente nei transistor a effetto di campo di eterogiunzione a base di ossido di zinco con gas elettronico bidimensionale usando contatti Schottky. Il vantaggio principale di questa tecnica è che il gate del transistor ad effetto di campo può essere definito in un unico passaggio fotografico. Le implicazioni di questa tecnica si estendono attraverso le nuove generazioni di transistor ad alta frequenza e ad effetto di campo ad alta potenza sfruttando l'elevata diversità di saturazione elettronica nell'ossido di zinco.

Sebbene questo metodo fornisca informazioni sulla natura del contatto schottky nella stabilità in un singolo sito, può anche essere applicato ad altri dispositivi basati su un singolo sito come i rivelatori di impianti solari e la sostanza chimica o i biosensori. Per iniziare la procedura, caricare un substrato di zaffiro di due pollici di diametro 380 micrometri di lunghezza C-piano in uno strumento CVD organico metallico e preparare il sistema per la deposizione. Una volta che il sistema è pronto, aumentare la pressione del reattore a 30 torr e la temperatura del substrato a 1.055 gradi Celsius in un'atmosfera di idrogeno nel corso di 35 minuti.

Tenerlo a quella temperatura per tre minuti per dissorbire i contaminanti residui. Quindi, far scendere il substrato a 941 gradi Celsius nel corso di tre minuti. Dopo aver lasciato stabilizzare la temperatura per due minuti, impostare il flusso di trimetilalumino su 12.0 SCCM e il flusso di ammoniaca su sette SCCM.

Lasciare che la portata si stabilizzi per tre minuti. Quindi, passare il flusso di trimetilalumino alla linea di corsa per avviare la crescita dello strato di nitruro di alluminio a bassa temperatura. Nel corso di sei minuti, crescere circa 20 nanometri di nitruro di alluminio sul substrato come misurato dalle oscillazioni di riflettività.

Successivamente, senza interrompere la crescita, far salire il substrato a 1.100 gradi Celsius in tre minuti. Continuare la crescita del nitruro di alluminio fino a quando lo strato è spesso 300 nanometri. Quindi, dirigere il flusso di trimetilalumino lontano dal reattore.

Avviare il flusso di trimetilgallio a 15,5 SCCM e lasciarlo stabilizzare per due minuti. Quindi, coltivare circa 400 nanometri di nitruro di gallio sul substrato. Una diminuzione iniziale della riflettività sarà osservata durante la nucleazione del nitruro di gallio.

La riflettività si riprenderà al livello originale quando le isole di nitruro di gallio si coalizzeranno. Una volta che il nitruro di gallio è spesso 400 nanometri, aumentare la temperatura del substrato a 1.124 gradi Celsius in due minuti senza interrompere la crescita. Coltivare circa 2,5 nanometri di uno strato di nitruro di gallio semi-isolante ad alta temperatura.

Quindi, dirigere il flusso di trimetilogallio lontano dal reattore per fermare la crescita. Raffreddare il modello di nitruro di gallio appena formato a temperatura ambiente e scaricarlo dal reattore. Quindi, tagliare il modello in sei pezzi di dimensioni uguali.

In una cappa aspirante, riscaldare una piastra calda a 220 gradi Celsius e preparare 200 millilitri di una miscela uno-a-uno in volume di acido cloridrico concentrato in acqua deionizzata. Quindi, posizionare 150 millilitri di acido cloridrico concentrato in un becher al quarzo da 300 millilitri. Aggiungere lentamente 50 millilitri di acido nitrico concentrato per ottenere una soluzione di acqua regia.

Scaldare la soluzione aqua regia sulla piastra calda fino a quando la soluzione è rosso-arancio e frizzante. Quindi mettere un pezzo modello di nitruro di gallio in un cesto di politetrafluoroetilene e far bollire in acqua regia per 10 minuti. Risciacquare il modello in acqua deionizzata che scorre per tre minuti.

Quindi immergere il modello nella soluzione di acido cloridrico per tre minuti. Risciacquare nuovamente il modello in acqua deionizzata che scorre per cinque minuti e quindi asciugarlo con gas azoto. Entro cinque minuti, caricare il modello pulito in un blocco di carico dello strumento per l'epitassio a due-sei fasci molecolari e iniziare a pomparlo verso il basso.

Dopo aver pompato il blocco di carico con il modello di nitruro di gallio pulito per un'ora, preparare le cellule di effusione di magnesio di zinco e berillio. Attivare il sistema di diffrazione elettronica ad alta energia di riflessione e caricare il modello nel MBE. Successivamente, aumentare il substrato a 615 gradi Celsius a 13,6 gradi Celsius al minuto e tenerlo a quella temperatura per 15 minuti per desorbire i contaminanti residui.

Quindi, inizia a far salire il substrato fino a 280 gradi Celsius. Quando il substrato raggiunge i 550 gradi Celsius, aprire l'otturatore della cella di zinco per esporre la superficie del nitruro di gallio al flusso di zinco. Accendere l'alimentatore al plasma di ossigeno, impostare la potenza su 100 watt e confermare che la linea di gas ossigeno è chiusa.

Quando il substrato raggiunge i 280 gradi Celsius, impostare la potenza del plasma di ossigeno su 400 watt. Impostare il flusso di ossigeno su 0,3 SCCM per accendere il plasma, quindi ridurlo a 0,25 SCCM. Attendere un minuto e quindi aprire l'otturatore di ossigeno per avviare la crescita dello strato tampone di ossido di zinco a bassa temperatura.

Registrare uno schema di lettura lungo l'uno zero zero negativo direzione azimutale ogni cinque minuti durante la crescita. Dopo circa 15 minuti, il modello di lettura cambierà dalla modalità 2D alla modalità 3D, indicando uno spessore del buffer di circa 20 nanometri. Chiudere lo zinco e le persiane ad ossigeno per fermare la crescita.

Quindi, aumentare la portata dell'ossigeno a 0,4 SCCM. Inizia a far salire il substrato a 730 gradi Celsius a 13,6 gradi Celsius al minuto. Aumentare la temperatura della zona inferiore della cella di zinco a doppia zona a 345 gradi Celsius a 10 gradi Celsius al minuto.

Attendere cinque minuti quando il substrato raggiunge i 730 gradi Celsius, quindi iniziare a monitorare la superficie di ossido di zinco per lettura. Quando passa alla modalità 2D, il livello buffer è stato ricotto. Raffreddare il substrato a 680 gradi Celsius.

Quindi, aumentare la portata dell'ossigeno a 3,2 SCCM e aprire le persiane di zinco e ossigeno per far crescere uno strato di ossido di zinco spesso 300 nanometri e ad alta temperatura. Impostare la portata dell'ossigeno su 0,3 SCCM in seguito. Scalare la cellula berillio a 820 gradi Celsius a 10 gradi Celsius al minuto e la cella di magnesio a 510 gradi Celsius a 15 gradi Celsius al minuto.

Raffreddare il substrato a 325 gradi Celsius a 13,6 gradi Celsius al minuto. Una volta stabilizzata la temperatura del substrato, aumentare gradualmente la portata dell'ossigeno a 1,25 SCCM. Quindi, aprire contemporaneamente le persiane di zinco, magnesio, berillio e ossigeno per avviare la crescita della barriera all'ossido di zinco di magnesio berillio.

Coltivare uno strato di ossido di zinco di magnesio di berillio dello spessore di circa 30 nanometri nel corso di 12 minuti. Acquisire periodicamente modelli di lettura per monitorare l'evoluzione della modalità di crescita. Quindi, acquisire un modello di lettura finale e chiudere le persiane in magnesio e berillio per terminare la crescita dell'ossido di zinco di magnesio di berillio.

Lasciare le persiane di zinco e ossigeno aperte per un altro minuto per far crescere uno strato di ossido di zinco spesso circa due nanometri. Per iniziare la fabbricazione del diodo, sonicare il campione di eterostruttura di ossido di zinco di magnesio berillio ossido di zinco in acetone e metanolo per cinque minuti ciascuno in sequenza. Risciacquare il campione in acqua deionizzata per cinque minuti e asciugarlo sotto un flusso di gas azoto.

Quindi, spin-coat il campione con fotoresist positivo i-Line. Cuocere in morbido il fotoresist a 100 gradi Celsius per 140 secondi. Mascherare il campione ed esporlo a una lampada UV da 6,5 watt per 2,38 minuti.

Post-cuocere il fotoresist a 110 gradi Celsius per 80 secondi. Quindi, scuoti il campione nello sviluppatore fotoresist per 60 secondi con una frequenza di scuotimento di un hertz. Risciacquare il campione sviluppato in acqua deionizzata per tre minuti e asciugarlo sotto gas azoto.

Successivamente, trattare il campione con plasma di ossigeno remoto con un flusso di ossigeno di 35 SCCM con una potenza RF di 50 watt per cinque minuti. Infine, caricare il campione in un evaporatore a fascio di elettroni e depositare 50 nanometri di argento. Sollevare con acetone per formare i contatti e pulire e asciugare il campione con metanolo, acqua e gas azoto.

I modelli di lettura dello strato tampone di ossido di zinco a bassa temperatura inizialmente mostravano punti ellittici, indicando una modalità di crescita delle isole 3D. La ricottura a oltre 700 gradi Celsius ha prodotto una morfologia superficiale 2D. Entrambi i livelli successivi sono cresciuti in modalità 2D.

La microscopia a forza atomica ha mostrato un piccolo aumento della rugosità quadrata media della radice con ogni strato. La diffrazione dei raggi X ha mostrato riflessi coerenti con i riflessi 0002 di ossido di zinco, nitruro di gallio e ossido di zinco di magnesio berillio. L'ampliamento della riflessione dell'ossido di zinco di magnesio berillio è stato attribuito alla magrezza di quello strato.

Le misurazioni a tutti gli effetti dell'eterostruttura hanno mostrato una diminuzione della concentrazione del trasportatore di lamiere con temperatura decrescente, con saturazione a circa 13 kelvin. La mobilità degli elettroni è aumentata monotonamente con la diminuzione della temperatura. I valori osservati a 293 kelvin e 13 kelvin erano coerenti con i valori della letteratura.

Queste tendenze indicano la presenza di gas elettronico bidimensionale all'interfaccia dell'ossido di zinco ad ossido di zinco di magnesio berillio. Le curve di tensione di densità di corrente a temperatura ambiente per l'ossido di zinco di magnesio di berillio d'argento ossido di zinco ossido di zinco I diodi Schottky mostravano correnti di gate in aumento esponenziale con tensione diretta applicata fino a 0,25 volt, dopo di che le cadute di tensione attraverso la resistenza della serie divennero evidenti. La somiglianza tra le curve indicava un'elevata uniformità del wafer del campione.

La più alta altezza apparente della barriera di Schottky è stata osservata con un fattore di idealità di 1,22. Poiché questo metodo eseguito è fondamentale per l'unione per controllare con precisione la polarità superficiale dell'ossido di zinco sui modelli di nitruro di gallio polare di gallio, il fallimento nel controllo della polarità si traduce in un'eterostruttura senza gas elettronico bidimensionale. Mantenere un rapporto tra tutti i settori inferiore a 1,5 durante la nucleazione monosocietà garantisce che le eterostrutture a sito singolo abbiano tutto l'orientamento polare dello zinco.

Durante il tentativo di questa procedura, ricordarsi di pulire attentamente la superficie del campione sia prima di coltivare le eterostrutture di ossido di zinco di ossido di zinco di magnesio berillio sul modello di nitruro di gallio sia prima di fabbricare i contatti Schottky sulle eterostrutture. Seguendo questa procedura, altri metodi come un RTM e XPS possono essere utilizzati per ottenere informazioni sulla natura dell'interfaccia argento a sito singolo a livello su scala nanometrica. Ipotitiamo che la formazione di ossido d'argento conduttivo all'interfaccia argento ossido di zinco si traduce nel contatto stabile di Schottky.

Pertanto, questo approccio apre la strada a un contatto Schottky stabile ad alta quantità su un singolo sito. Ciò ha implicazioni per i dispositivi che si basano sul contatto Schottky, inclusi i fotodetettori in fase H e i biosensibili chimici e biosensori. Non dimenticare che i solventi forti e i composti contenenti berillio possono essere estremamente pericolosi.

L'attrezzatura di protezione chimica, una maschera e guanti devono essere sempre indossati durante questa procedura. Indossare una maschera antipolvere durante il caricamento e lo scarico dei campioni per la crescita di MB. Tuttavia, va detto che la quantità totale di berillio evaporato nel sistema MB è di pochi decimi di microgrammi, con la maggior parte di esso sepolto nelle pareti della camera sotto forma di ossido di berillio-povero di berillio.