Fabricação de diodos de Schottky na Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure cultivadas por Epitaxia de feixe Molecular assistido por Plasma

Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave sobre o controle de tensão sobre a corrente em transistores de efeito de campo de heterojunção à base de óxido de zinco com gás eletrônico bidimensional usando contatos Schottky. A principal vantagem desta técnica é que o portão do transistor de efeito de campo pode ser definido em uma etapa fotográfica. As implicações desta técnica se estendem através de novas gerações de transistores de efeito de campo de alta frequência e alta potência, aproveitando a alta diversidade de saturação de elétrons em óxido de zinco.

Embora este método forneça uma visão da natureza do contato schottky em estabilidade em um único local, ele também pode ser aplicado a outros dispositivos baseados em um único local, como detectores de plantas solares e os químicos ou biosensores. Para iniciar o procedimento, carregue um substrato de safira de duas polegadas de diâmetro de 380 micrômetros de espessura C-plane em um instrumento de DCV orgânico metálico, e prepare o sistema para deposição. Uma vez que o sistema esteja pronto, aumente a pressão do reator para 30 torrs e a temperatura do substrato a 1.055 graus Celsius em uma atmosfera de hidrogênio ao longo de 35 minutos.

Segure-o a essa temperatura por três minutos para desordenar os contaminantes residuais. Em seguida, aumente o substrato para 941 graus Celsius ao longo de três minutos. Depois de deixar a temperatura estabilizar por dois minutos, defina o fluxo trimetilaluminum para 12,0 SCCM, e o fluxo de amônia para sete SCCM.

Deixe a vazão estabilizar por três minutos. Em seguida, mude o fluxo trimetilaluminum para a linha de execução para iniciar o crescimento da camada de nitreto de alumínio de baixa temperatura. Ao longo de seis minutos, cresça cerca de 20 nanômetros de nitreto de alumínio no substrato medido por oscilações de refletividade.

Depois disso, sem interromper o crescimento, aumente o substrato para 1.100 graus Celsius em três minutos. Continue o crescimento do nitreto de alumínio até que a camada esteja com 300 nanômetros de espessura. Em seguida, direcione o fluxo trimetilaluminum para longe do reator.

Inicie o fluxo de trimetilgallium a 15,5 SCCM e deixe estabilizar por dois minutos. Então, cresça cerca de 400 nanômetros de nitreto de gálio no substrato. Uma diminuição inicial da reflexividade será observada durante a nucleação do nitreto de gálio.

A reflexividade se recuperará ao nível original quando as ilhas de nitreto de gálio se unirem. Uma vez que o nitreto de gálio tem 400 nanômetros de espessura, aumente a temperatura do substrato para 1.124 graus Celsius em dois minutos sem interromper o crescimento. Cresça cerca de 2,5 nanômetros de uma camada de nitreto de gálio semi-isolante de alta temperatura.

Em seguida, direcione o fluxo de trimetilgallium para longe do reator para parar o crescimento. Esfrie o modelo de nitreto de gálio recém-formado à temperatura ambiente e descarregue-o do reator. Em seguida, corte o modelo em seis peças de tamanho igual.

Em um capô de fumaça, aqueça uma placa quente a 220 graus Celsius e prepare 200 mililitros de uma mistura de um para um por volume de ácido clorídrico concentrado em água desionizada. Em seguida, coloque 150 mililitros de ácido clorídrico concentrado em um béquer de quartzo de 300 mililitros. Adicione lentamente 50 mililitros de ácido nítrico concentrado para obter uma solução aqua regia.

Aqueça a solução aqua regia na placa até que a solução seja laranja-vermelha e borbulhante. Em seguida, coloque uma peça de modelo de nitreto de gálio em uma cesta de politefluoroetileno e ferva-a em aqua regia por 10 minutos. Enxágüe o modelo em água deionizada fluindo por três minutos.

Em seguida, mergulhe o modelo na solução de ácido clorídrico por três minutos. Enxágüe o modelo novamente em água deionizada fluindo por cinco minutos e depois seque-o com gás nitrogênio. Dentro de cinco minutos, carregue o modelo limpo em um bloqueio de carga de instrumento de epitaxia de feixe molecular de dois a seis e comece a bombeá-lo para baixo.

Depois de bombear a trava de carga com o modelo de nitreto de gálio limpo por uma hora, prepare as células de efusão de magnésio de zinco e berílio. Ligue o sistema de difração eletrônica de alta energia e carregue o modelo para o MBE. Em seguida, aumente o substrato para 615 graus Celsius a 13,6 graus Celsius por minuto, e segure-o a essa temperatura por 15 minutos para desorb contaminantes residuais.

Então, comece a subir o substrato para 280 graus Celsius. Quando o substrato atingir 550 graus Celsius, abra o obturador da célula de zinco para expor a superfície do nitreto de gálio ao fluxo de zinco. Ligue a fonte de alimentação de plasma de oxigênio, defina a energia para 100 watts, e confirme que a linha de gás de oxigênio está fechada.

Quando o substrato atingir 280 graus Celsius, defina a potência do plasma de oxigênio para 400 watts. Defina o fluxo de oxigênio para 0,3 SCCM para inflamar o plasma e, em seguida, reduza-o para 0,25 SCCM. Aguarde um minuto e abra o obturador de oxigênio para iniciar o crescimento da camada tampão de óxido de zinco de baixa temperatura.

Registo um padrão de leitura ao longo de uma direção negativa um zero zero azimuthal a cada cinco minutos durante o crescimento. Após cerca de 15 minutos, o padrão de leitura mudará do modo 2D para o modo 3D, indicando uma espessura tampão de cerca de 20 nanômetros. Feche o zinco e as persianas de oxigênio para parar o crescimento.

Em seguida, aumente a vazão de oxigênio para 0,4 SCCM. Comece a subir o substrato para 730 graus Celsius a 13,6 graus Celsius por minuto. Aumente a temperatura da zona inferior da célula de zinco de zona dupla para 345 graus Celsius a 10 graus Celsius por minuto.

Aguarde por cinco minutos quando o substrato atingir 730 graus Celsius e, em seguida, comece a monitorar a superfície do óxido de zinco por leitura. Quando muda para o modo 2D, a camada tampão foi ressarcido. Esfrie o substrato a 680 graus Celsius.

Em seguida, aumente a taxa de fluxo de oxigênio para 3,2 SCCM, e abra as persianas de zinco e oxigênio para crescer uma camada de óxido de zinco de 300 nanômetros de espessura e alta temperatura. Defina a taxa de fluxo de oxigênio para 0,3 SCCM depois. Aumente a célula de berílio para 820 graus Celsius a 10 graus Celsius por minuto, e a célula de magnésio a 510 graus Celsius a 15 graus Celsius por minuto.

Esfrie o substrato a 325 graus Celsius a 13,6 graus Celsius por minuto. Uma vez que a temperatura do substrato se estabilize, aumente gradualmente a vazão de oxigênio para 1,25 SCCM. Em seguida, abra simultaneamente as persianas de zinco, magnésio, berílio e oxigênio para iniciar o crescimento da barreira de óxido de zinco de magnésio de berílio.

Cresça uma camada de aproximadamente 30 nanômetros de óxido de zinco de magnésio de berílio ao longo de 12 minutos. Adquira periodicamente padrões de leitura para monitorar a evolução do modo de crescimento. Em seguida, adquira um padrão de leitura final e feche as persianas de magnésio e berílio para acabar com o crescimento do óxido de zinco de magnésio de berílio.

Deixe as persianas de zinco e oxigênio abertas por mais um minuto para cultivar uma camada de tampa de óxido de zinco de aproximadamente dois nanômetros de espessura. Para começar a fabricação de diodo, sonicar a amostra de óxido de zinco de magnésio de magnésio em acetona e metanol por cinco minutos cada em sequência. Enxágüe a amostra em água deionizada por cinco minutos, e seque-a sob um fluxo de gás nitrogênio.

Em seguida, gire a amostra com fotoresist positivo i-Line. Asse suavemente o fotoresist a 100 graus Celsius por 140 segundos. Mascarar a amostra e expô-la a uma lâmpada UV de 6,5 watts por 2,38 minutos.

Pós-asse o fotoresist a 110 graus Celsius por 80 segundos. Em seguida, agite a amostra no desenvolvedor fotoresist por 60 segundos com uma frequência de agitação de um hertz. Enxágüe a amostra desenvolvida em água deionizada por três minutos e seque-a sob gás nitrogênio.

Em seguida, trate a amostra com plasma remoto de oxigênio com um fluxo de oxigênio de 35 SCCM em uma potência rf de 50 watts por cinco minutos. Por fim, carregue a amostra em um evaporador de feixe de elétrons e deposite 50 nanômetros de prata. Retire com acetona para formar os contatos, e limpe e seque a amostra com metanol, água e gás nitrogênio.

Os padrões de leitura da camada tampão de óxido de zinco de baixa temperatura apresentaram inicialmente manchas elípticas, indicando um modo de crescimento das ilhas 3D. A ressarência acima de 700 graus Celsius produziu uma morfologia de superfície 2D. As camadas subsequentes cresceram no modo 2D.

A microscopia da força atômica mostrou um pequeno aumento na rugosidade quadrada média da raiz com cada camada. A difração de raios-X mostrou reflexos consistentes com reflexos de 0002 de óxido de zinco, nitreto de gálio e óxido de zinco de magnésio de berílio. A ampliação do reflexo do óxido de zinco de magnésio de berílio foi atribuída à magreza dessa camada.

As medições de todos os efeitos da heteroestrutura mostraram uma diminuição na concentração dos portadores da folha com a diminuição da temperatura, com saturação em cerca de 13 kelvin. A mobilidade eletrônica aumentou monotonicamente com a diminuição da temperatura. Os valores observados em 293 kelvin e 13 kelvin foram consistentes com os valores da literatura.

Estas tendências indicam a presença de gás eletrônico bidimensional na interface de óxido de zinco de magnésio de berílio. Curvas de tensão de densidade atual à temperatura ambiente para óxido de zinco de magnésio de prata óxido de zinco Schottky diodos mostrou correntes de portão aumentando exponencialmente com tensão dianteira aplicada até 0,25 volts, após a qual a tensão-quedas em toda a série de resistência tornou-se aparente. A semelhança entre as curvas indicou alta uniformidade no wafer da amostra.

A maior altura aparente da barreira schottky foi observada com um fator de idealidade de 1,22. Uma vez que este método realizado é fundamental para a união controlar precisamente a polaridade superficial do óxido de zinco nos modelos de nitreto de gálio polar polarium, a falha no controle da polaridade resulta em uma heteroestrutura sem gás eletrônico bidimensional. Manter a relação de todos os setores abaixo de 1,5 durante a nucleação de um único local garante que as heteroestruturas baseadas em um único local tenham toda a orientação polar de zinco.

Ao tentar este procedimento, lembre-se de limpar cuidadosamente a superfície da amostra antes de cultivar as heteroestruturas de óxido de zinco de magnésio de magnésio de berílio no modelo de nitreto de gálio e antes de fabricar os contatos schottky nas heteroestruturas. Após este procedimento, outros métodos como um RTM e XPS podem ser empregados para obter informações sobre a natureza da interface prata de um único local no nível de nanoescala. Nós hipótesemos que a formação de óxido de prata condutivo na interface de prata de óxido de zinco resulta no contato estável schottky.

Portanto, essa abordagem abre caminho para o contato schottky estável de alta quantidade em um único local. Isso tem implicações para dispositivos que dependem do contato schottky, incluindo fotodetetores de fase H e biosensores químicos e biosensores. Não se esqueça que os solventes fortes e compostos contendo berílio podem ser extremamente perigosos.

Equipamentos de proteção química, uma máscara e luvas devem ser sempre usados durante este procedimento. Use uma máscara de poeira ao carregar e descarregar amostras para o crescimento de MB. No entanto, deve-se mencionar que a quantidade total de berílio evaporado no sistema MB é alguns décimos de microgramas, com a maioria enterrado nas paredes da câmara na forma de óxido de berílio-pobre de zinco.