Name: plasma-assisted molecular beam epitaxy of n-polar inaln-barrier high-electron-mobility transistors
Uploaded: 2016-11-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors at JoVE.com

The authors thank Mr. Neil Green for assistance with sample preparation. This work was supported by the Office of Naval Research under funding from Dr. P. Maki. MTH was supported by a National Research Council Postdoctoral Fellowship.

1. effusionscellerna Ramp och Flux Kalibrering <ol><li> Bekräfta flytande N2 flödar till Cryo-paneler, och att tillväxtkammaren har nått grundtryck. </li><li> Ramp upp effusionscellerna till deras balkflödesmätning (BFM) temperatur vid en ramphastighet av 1 ° C / sek för Ga och In-celler, och 10 ° C / min för Al. Vänta 1 h för celler för att termiskt stabiliseras. </li><li> Öppna slutaren av varje cell för 30-60 sekunder och stäng sedan luckan i 1-2 minuter. Upprepa tre gånger för varje ce...

<ol>
	<li>Hughes, W. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+beam+epitaxy+growth+and+properties+of+GaN+films+on+GaN/SiC+substrates.">Molecular beam epitaxy growth and properties of GaN films on GaN/SiC substrates.</a> J. Vac. Sci. Technol., B. 13 (4), 1571-1577 (1995).</li><li>McSkimming, B. M., Wu, F., Huault, T., Chaix, C., Speck, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+assisted+molecular+beam+epitaxy+of+GaN+with+growth+rates+2.6+&#181;m/hr.">Plasma assisted molecular beam epitaxy of GaN with growth rates 2.6 &#181;m/hr.</a> J. Cryst. Growth. 386, 168-174 (2014).</li><li>Grandjean, N., Massies, J., Leroux, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitridation+of+sapphire.+Effect+on+the+optical+properties+of+GaN+epitaxial+overlayers.">Nitridation of sapphire. Effect on the optical properties of GaN epitaxial overlayers.</a> Appl. Phys. Lett. 69 (14), 2071-2073 (1996).</li><li>Corrion, A. L., Wu, F., Speck, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+regimes+during+homoepitaxial+growth+of+GaN+by+ammonia+molecular+beam+epitaxy.">Growth regimes during homoepitaxial growth of GaN by ammonia molecular beam epitaxy.</a> J. Appl. Phys. 112 (5), 054903 (2012).</li><li>Mazumder, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atom+probe+analysis+of+AlN+interlayers+in+AlGaN/AlN/GaN+heterostructures.">Atom probe analysis of AlN interlayers in AlGaN/AlN/GaN heterostructures.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (11), 111603 (2013).</li><li>Feezell, D. F., Speck, J. S., DenBaars, S. P., Nakamura, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semipolar+(2021)+InGaN/GaN+Light-Emitting+Diodes+for+High-Efficiency+Solid+State+Lighting.">Semipolar (2021) InGaN/GaN Light-Emitting Diodes for High-Efficiency Solid State Lighting.</a> J. Disp. Technol. 9 (4), (2013).</li><li>Hardy, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=True+Green+Semipolar+InGaN-Based+Laser+Diodes+Beyond+Critical+Thickness+Limits+Using+Limited+Area+Epitaxy.">True Green Semipolar InGaN-Based Laser Diodes Beyond Critical Thickness Limits Using Limited Area Epitaxy.</a> J. Appl. Phys. 114 (18), 183101 (2013).</li><li>Wong, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=N-polar+GaN+epitaxy+and+high+electron+mobility+transistors.">N-polar GaN epitaxy and high electron mobility transistors.</a> Semicond. Sci. Technol. 28 (7), 074009 (2013).</li><li>Hardy, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge+control+in+N-polar+InAlN+high-electron-mobility+transistors+grown+by+plasma-assisted+molecular+beam+epitaxy.">Charge control in N-polar InAlN high-electron-mobility transistors grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy.</a> J. Vac. Sci. Technol., B. 33 (6), 061207 (2015).</li><li>Piquette, E. C., Bridger, P. M., Beach, R. A., McGill, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Buffer+Layer+and+III/V+Ratio+on+the+Surface+Morphology+of+GaN+Grown+by+MBE.">Effect of Buffer Layer and III/V Ratio on the Surface Morphology of GaN Grown by MBE.</a> Symposium G '-' GaN and Related Alloys. , (1998).</li><li>Tarsa, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Homoepitaxial+growth+of+GaN+under+Ga-stable+and+N-stable+conditions+by+plasma-assisted+molecular+beam+epitaxy.">Homoepitaxial growth of GaN under Ga-stable and N-stable conditions by plasma-assisted molecular beam epitaxy.</a> J. Appl. Phys. 82 (11), 5472-5479 (1997).</li><li>Kuzmik, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power+electronics+on+InAlN/(In)GaN:+Prospect+for+a+record+performance.">Power electronics on InAlN/(In)GaN: Prospect for a record performance.</a> IEEE Electron Device Lett. 22 (11), 510-512 (2001).</li><li>Fern&#225;ndez-Garrido, S., Ga&#269;evi&#263;, &. #. 3. 8. 1. ;., Calleja, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comprehensive+diagram+to+grow+InAlN+alloys+by+plasma-assisted+molecular+beam+epitaxy.">A comprehensive diagram to grow InAlN alloys by plasma-assisted molecular beam epitaxy.</a> Appl. Phys. Lett. 93 (19), 191907 (2008).</li><li>Katzer, D. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+beam+epitaxy+of+InAlN&#8725;GaN+heterostructures+for+high+electron+mobility+transistors.">Molecular beam epitaxy of InAlN&#8725;GaN heterostructures for high electron mobility transistors.</a> J. Vac. Sci. Technol., B. 23 (3), 1204-1208 (2005).</li><li>Kaun, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GaN-based+high-electron-mobility+transistor+structures+with+homogeneous+lattice-matched+InAlN+barriers+grown+by+plasma-assisted+molecular+beam+epitaxy.">GaN-based high-electron-mobility transistor structures with homogeneous lattice-matched InAlN barriers grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy.</a> Semicond. Sci. Technol. 29 (4), 045011 (2014).</li><li>Hoke, W. E., Torabi, A., Mosca, J. J., Kennedy, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamic+analysis+of+cation+incorporation+during+molecular+beam+epitaxy+of+nitride+films+using+metal-rich+growth+conditions.">Thermodynamic analysis of cation incorporation during molecular beam epitaxy of nitride films using metal-rich growth conditions.</a> J. Vac. Sci. Technol., B. 25 (3), 978-982 (2007).</li><li>Koblm&#252;ller, G., Reurings, F., Tuomisto, F., Speck, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Ga/N+ratio+on+morphology,+vacancies,+and+electrical+transport+in+GaN+grown+by+molecular+beam+epitaxy+at+high+temperature.">Influence of Ga/N ratio on morphology, vacancies, and electrical transport in GaN grown by molecular beam epitaxy at high temperature.</a> Appl. Phys. Lett. 97 (19), 191915 (2010).</li><li>Zhou, L., Smith, D. J., McCartney, M. R., Katzer, D. S., Storm, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+vertical+honeycomb+structure+in+InAlN&#8725;GaN+heterostructures+due+to+lateral+phase+separation.">Observation of vertical honeycomb structure in InAlN&#8725;GaN heterostructures due to lateral phase separation.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (8), 081917 (2007).</li><li>Ahmadi, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elimination+of+columnar+microstructure+in+N-face+InAlN,+lattice-matched+to+GaN,+grown+by+plasma-assisted+molecular+beam+epitaxy+in+the+N-rich+regime.">Elimination of columnar microstructure in N-face InAlN, lattice-matched to GaN, grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy in the N-rich regime.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (7), 072107 (2014).</li><li>Hardy, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+and+microstructural+stability+of+N-polar+InAlN+thin+films+grown+on+free-standing+GaN+substrates+by+molecular+beam+epitaxy.">Morphological and microstructural stability of N-polar InAlN thin films grown on free-standing GaN substrates by molecular beam epitaxy.</a> J. Vac. Sci. Technol., A. 34 (2), 021512 (2016).</li><li>Hardy, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Indium+incorporation+dynamics+in+N-polar+InAlN+thin+films+grown+by+plasma-assisted+molecular+beam+epitaxy+on+freestanding+GaN+substrates.">Indium incorporation dynamics in N-polar InAlN thin films grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on freestanding GaN substrates.</a> J. Cryst. Growth. 245, (2015).</li><li>Leszczynski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Indium+incorporation+into+InGaN+and+InAlN+layers+grown+by+metalorganic+vapor+phase+epitaxy.">Indium incorporation into InGaN and InAlN layers grown by metalorganic vapor phase epitaxy.</a> J. Cryst. Growth. 318 (1), 496-499 (2011).</li><li>Storm, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrathin-barrier+AlN/GaN+heterostructures+grown+by+rf+plasma-assisted+molecular+beam+epitaxy+on+freestanding+GaN+substrates.">Ultrathin-barrier AlN/GaN heterostructures grown by rf plasma-assisted molecular beam epitaxy on freestanding GaN substrates.</a> J. Cryst. Growth. 380, 14-17 (2013).</li><li>Storm, D. F., Katzer, D. S., Meyer, D. J., Binari, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+incorporation+in+homoepitaxial+N-polar+GaN+grown+by+radio+frequency-plasma+assisted+molecular+beam+epitaxy:+Mitigation+and+modeling.">Oxygen incorporation in homoepitaxial N-polar GaN grown by radio frequency-plasma assisted molecular beam epitaxy: Mitigation and modeling.</a> J. Appl. Phys. 112 (1), 013507 (2012).</li><li>Storm, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+interfacial+oxygen+on+the+microstructure+of+MBE-grown+homoepitaxial+N-polar.">Effect of interfacial oxygen on the microstructure of MBE-grown homoepitaxial N-polar.</a> J. Cryst. Growth. 409, 14 (2014).</li><li>Meyer, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Electron+Velocity+Submicrometer+AlN/GaN+MOS-HEMTs+on+Freestanding+GaN+Substrates.">High Electron Velocity Submicrometer AlN/GaN MOS-HEMTs on Freestanding GaN Substrates.</a> IEEE Electron Device Lett. 34, 199 (2013).</li><li>Moseley, M., Billingsley, D., Henderson, W., Trybus, E., Doolittle, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+atomic+behavior+and+surface+kinetics+of+GaN.">Transient atomic behavior and surface kinetics of GaN.</a> J. Appl. Phys. 106 (1), 014905 (2009).</li><li>Koblm&#252;ller, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ga+Adlayer+Governed+Surface+Defect+Evolution+of+(0001)GaN+Films+Grown+by+Plasma-Assisted+Molecular+Beam+Epitaxy.">Ga Adlayer Governed Surface Defect Evolution of (0001)GaN Films Grown by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 44 (28), L906-L908 (2005).</li><li>Poblenz, C., Waltereit, P., Speck, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uniformity+and+control+of+surface+morphology+during+growth+of+GaN+by+molecular+beam+epitaxy.">Uniformity and control of surface morphology during growth of GaN by molecular beam epitaxy.</a> J. Vac. Sci. Technol., B. 23 (4), 1379-1385 (2005).</li></ol>

Tillväxten av hög kvalitet GaN buffertskikt är avgörande för att uppnå hög elektronrörlighet i någon III-nitrid HEMT. I fallet med en N-polär InAlN HEMT, är buffertskiktet tillväxt kompliceras av kravet på att all Ga avlägsnas från ytan innan InAlN tillväxt. Det finns en mängd olika tekniker för att åstadkomma detta förutom det förfarande som beskrivs här, såsom metall-module epitaxi, 27 med hjälp av tillväxtbetingelser vid kanten av mellan Ga täckning och Ga dropp ackumulering regim...

Molekylär (MBE) är en mångsidig epitaxiell tunnfilmsodlingsteknik som använder en extremt hög vakuum med bas tryck så låga som 10 -11 Torr för att säkerställa låg förorenings inkorporering i vuxen film. Sammansättningen och tillväxthastigheten för de epitaxiellt odlade skikt bestäms genom reglering av temperaturen hos varje effusionscell, och sålunda den förångade flödet av de olika källmaterial. I fallet med III-nitrid epitaxi, gruppen III-element (I, Al, Ga) tillhandahålles typiskt genom effusionsceller medan den aktiva kväve (N *) flux tillhandahålls av antingen en N 2 plasma 1,2 (RF-plasma -assisted MBE:. PAMBE eller RFMBE) eller ammoniak (NH3 -MBE) 3,4 MBE tillväxt kännetecknas av lägre tillväxttemperaturer och skarpare interfacial abruptness än andra epitaxiella tillväxttekniker, såsom metallorganisk kemisk ångavsättning 5 En schematisk visas. i figur 1. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/54775/54775fig1.jpg" /> Figur 1:.. MBE systemet schematiskt schema som visar sluss, överföringssystem, avgasning station och tillväxtkammare <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54775/54775fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> III-nitrider kan odlas på substrat som har en mängd olika kristallorienteringar. Det mest använda läggning är den Ga-polära c -planet, vilket medger bildning av en tvådimensionell elektrongas utan dopning genom att utnyttja skillnaden i polarisation mellan barriärskiktet, typiskt AlGaN och GaN-kanal. Olika icke-polära och semipolära orienteringar av GaN har fått stor uppmärksamhet för optoelektronik på grund av minskad polariseringseffekter i kvantbrunnar, 6,7 vilket också gör dessa riktlinjer mindre önskvärda för HEMT TILLÄMPNINns. N-polära orienterade enheter är attraktiva för nästa generations högfrekvent HEMT drift på grund av flera inneboende fördelar jämfört med konventionella Ga-polära enheter. 8 Barriärskiktet i N-polära enheter odlas under GaN-kanalen såsom visas i figur 2, vilket resulterar i en naturlig tillbaka barriär som hjälper till elektrostatisk styrning av kanalen och minskar korta kanaleffekter, samtidigt som lättare nuvarande tillgång till GaN-kanalen och minska kontaktresistansen. Barriären kan också styras separat från kanalen, så att när kanaltjockleken skalas ned för högfrekventa enheter kan barriär designen modifieras för att kompensera för kanalavgift förlorade mot Fermi-nivå sätter effekter. <img alt="figur 2" src="/files/ftp_upload/54775/54775fig2.jpg" /> Figur 2:. Epitaxialskikt schematisk skiktstruktur av (a) en N-polär HEMT och (b) en Ga-polära HEMT för jämIson. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54775/54775fig2large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> HEMTs används i hög hastighet är hög effektförstärkare normalt odlas på SiC substrat för att dra nytta av den höga värmeledningsförmåga SiC. Låga gäng dislokationstätheten fristående GaN-substrat kan användas för att förbättra elektronmobilitet, 9 på så sätt förbättra den högfrekventa prestanda. Efter tillväxten av ett AIN kärnskikt, är en tjock GaN buffert vuxit till spatialt separera föroreningarna vid återväxt gränssnittet från HEMT kanalen och förbättra elektrisk isolering. Till skillnad från andra III-V-material, GaN ökat med PAMBE behöver normalt tillväxtbetingelser med en grupp-III / V-förhållande större än 1, det vill säga metallrika förhållanden, 10,11 i syfte att uppnå en jämn yta morfologi. I x Al 1- x N är ett alterinfödda barriärmaterial för III-nitrid HEMTs, och har fått stor uppmärksamhet nyligen eftersom den kan odlas gitter matchas till GaN för x ≈ 0,18 och kan generera mer än dubbelt kanal laddning relativt AlGaN hinder på grund av dess höga spontan polarisation. 12-15 skillnad AlGaN hinder kommer Ga införliva företrädesvis till in i InAlN lager, 16 vård därför måste vidtas för att säkerställa att ytan är fri från överskott Ga efter Ga-rika GaN buffertlager tillväxt och före InAlN tillväxt. Kontroll av Ga på ytan kan åstadkommas genom att som levererar en Ga flux något mindre än det flöde som krävs för Ga-droppbildning. Detta är dock tillväxt fönster liten, och otillräcklig Ga yttäckning kommer att orsaka ytmorfologin att brytas ned in i platå / trench morfologi medan överskott av Ga flussmedel kommer att resultera i Ga ackumulering och makroskopisk droppbildning. 17 Reflektion hög energi elektron diffraktion (RHEED) intens<html> ten kan användas för att övervaka Ga ackumulering och desorption. Ga yttäckning indikeras av en reduktion i RHEED intensitet, och någon fördröjning mellan stängning av ga (och N *) jalusier och den initiala ökningen av RHEED intensitet indikerar ackumulering av Ga, såsom visas i fig 3. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54775/54775fig3.jpg" /> Figur 3: Övervakning Ga täckning med RHEED intensitet RHEED intensitetssignalen mätt från RHEED mönster som förvärvats under rotation med hjälp av utlöst förvärvet.. Otillräcklig Ga flöde indikeras av en omedelbar ökning i intensitet efter stängning jalusier (ej visad). Mättat / ideal Ga täckning indikeras av en fördröjning mellan slutare stängning och abrupt RHEED ljusare och överskott Ga täckning ses som både en fördröjning i inledande RHEED ljusning samt en mer gradvis intensitet ökar vilket resulterar i full intensitet återhämtning tar längre tid än 60 sekunder.com / filer / ftp_upload / 54.775 / 54775fig3large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klicka här för att se en större version av denna siffra. Att uppnå hög kvalitet InAlN av PAMBE kompliceras av närvaron av sidosvängningar sammansättning, vilket resulterar i en &quot;honeycomb&quot; mikrostruktur bestående av Al-rika domäner omges av In-rika gränser. 18 Eliminering av denna mikrostruktur uppnås genom att använda en substrattemperatur om 50 ° C över uppkomsten av i desorption, 15,19,20 eller approximativt 630 ° C i N-polär InAlN. I denna höga temperatur tillväxt regimen, i x Al 1 x N komposition är en stark funktion av substrattemperaturen, med högre temperaturer resulterar i lägre i inkorporering. In flöde kan ökas för att kompensera för In förlorade mot avdunstning, men i praktiken den högsta i flödet begränsas av en minskning av inkorporering effektivitet med ökande i förändring. 21 Förutom att minska substrattemperaturen eller öka i flödet, ökar tillväxttakten kan också öka i komposition på grund av &quot;I begrava effekt&quot;, där inkommande Al-atomer fälla I och hindra den från att avdunsta. 21,22 Högre tillväxttakten kan uppnås genom att öka i och Al flux proportionellt. För att hålla tillväxtbetingelserna N-rika, skulle den N * behöva ökas också, vilket kan uppnås genom ökning av RF-plasmaeffekt, vilket ökar N2 flödeshastigheten, förbättra plasmakammaren design eller öka öppningen platthålet densitet. Ytterligare epitaxiella skikt i InAlN-baserade HEMTs inkluderar GaN och AlN mellanskikt (ILS) och en GaN-kanal. En AIN IL införas mellan barriären och kanalen kan öka rörligheten μ samt kanal ark laddningsdensitet n er. Den ökade rörligheten tillskrivs minska elektron vågfunktion överlappning med InAlN Barrier och efterföljande legering spridning. 9 För att säkerställa tillväxten av AIN IL hög kvalitet, är ett överskott av Ga flöde levereras under tillväxt för att fungera som ett ytaktivt ämne. En GaN IL kan användas mellan AIN IL och hinder för att ytterligare förbättra rörligheten och samtidigt minska kanalavgift. GaN-kanalen kan odlas på samma temperatur som InAlN barriären, vilket gör kontinuerlig tillväxt från barriären även om ILS och kanal. Förbättrad rörlighet har erhållits genom att avbryta tillväxt efter AIN IL och öka tillväxttemperaturen innan växer GaN-kanalen. I detta fall en skyddande Ga yttäckning måste upprätthållas under avbrottet för att förhindra nedbrytning rörlighet. Följande protokoll gäller specifikt till InAlN spärr HEMTs odlas på N-polära GaN-substrat. Den direkt kan utvidgas till tillväxt på C-polärt 4H- eller 6H-SiC-substrat genom att inkludera en 50 nm tjock N-rika AIN skiktet.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="749">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">Freestanding N-polar GaN wafer</td>
			<td style="width:145px;">Kyma</td>
			<td style="width:128px;"></td>
			<td style="width:167px;">10 mm x 10 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">C-polar SiC wafer</td>
			<td style="width:145px;">Cree</td>
			<td style="width:128px;">W4TRE0R-L600</td>
			<td>3 inch diameter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">Microelectronics grade acetone</td>
			<td style="width:145px;">Fischer Scientific</td>
			<td style="width:128px;">A18-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">Microelectronics grade isoproponal</td>
			<td style="width:145px;">J.T. Baker</td>
			<td style="width:128px;">9079-05/JT9079-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">Al source material (6N5 pure)</td>
			<td style="width:145px;">UMC</td>
			<td>ALR62060I</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">Ga source material (7N pure)</td>
			<td style="width:145px;">UMC</td>
			<td>GA701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">In source material (7N pure)</td>
			<td style="width:145px;">UMC</td>
			<td>IN750</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">ULSI N2 source gas (6N pure)</td>
			<td style="width:145px;">Matheson Tri-gas</td>
			<td>G2659906D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:309px;">PRO-75 MBE system</td>
			<td style="width:145px;">OmicronScientia</td>
			<td style="width:128px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

plasma-assisted molecular beam epitaxy of n-polar inaln-barrier high-electron-mobility transistors

Plasma-assisterad molekylär balk epitaxi är väl lämpad för epitaxiell tillväxt av III-nitrid tunna filmer och hetero med släta, abrupta gränssnitt som krävs för högkvalitativa hög elektronrörlighet transistorer (HEMTs). Ett förfarande presenteras för tillväxt av N-polära InAlN HEMTs, inklusive rån förberedelse och tillväxt av buffertlager, den InAlN barriärskiktet, AIN och GaN mellanskikt och GaN kanal. Kritiska frågor vid varje steg i processen identifieras, som att undvika Ga ackumulering i GaN buffert roll av temperaturen på InAlN kompositions homogenitet, och användningen av Ga flöde under AIN mellanskikt och avbrotts före GaN kanal tillväxt. Kompositions homogen N-polära InAlN tunna filmer demonstreras med yta root-mean-squared grovhet så lågt som 0,19 nm och InAlN-baserade HEMT strukturer redovisas med rörlighet så hög som 1750 cm2 / V ∙ sek för enheter med ett ark laddningsdensitet av 1,7 x 1013 cm -2.

Röntgendiffraktion (XRD) genomsökningar av InAlN tunna filmer visas odlas på N-polära GaN-substrat i figur 4 (a) är enda kulminerat både 50 och 200 nm tjocka filmer. XRD genomsökning av 50 nm tjockt InAlN film uppvisar Pendellösung fransar upp till 15: e ordningen, vilket indikerar mycket hög gräns kvalitet. Den asymmetriska reciproka rummet kartan i figur 4 (b) visar att 200 nm tjockt InAlN skiktet har samma q ‖, och d?...

Watch this Scientific Journal Video about Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors at JoVE.com

Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors

Molekylär balk epitaxi används för att odla N-polära InAlN-barriär med hög elektronrörlighet transistorer (HEMTs). Kontroll av skiv förberedelse, lager tillväxtförhållanden och epitaxiella strukturen resulterar i släta, sammansättnings homogena InAlN lager och HEMTs med rörlighet så hög som 1750 cm2 / V ∙ sek.

Plasma-assisterad Molecular Beam epitaxi av N-polära InAlN barriär hög elektron rörlighet transistorer

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

Molekylär Beam masspektrometri med sökbara Vacuum Ultraviolet (VUV) Synkrotronljusfysik

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Rumslig separation av molekylära konformatorer och kluster

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

Mätning av röntgen Beam Coherence längs flera riktningar användning av 2-D Checkerboard fasgitter

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

Speciering och biotillgänglighet Mätningar av miljö Plutonium Använda Diffusion i Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

Resistiv Kontakta Fabrication Med hjälp av en fokuserad-ion Beam Teknik och elektrisk karakterisering för Layer Semiconductor nanostrukturer

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

Effect of Bending on the Electrical Characteristics of Flexible Organic Single Crystal-based Field-effect Transistors

Effekt av Bock på de elektriska egenskaperna hos Flexibel Organic Single Crystal-baserade fälteffekttransistorer

The charge transport in an organic semiconductor depends highly on the molecular packing in the crystal, which influences the electronic coupling ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Fokuserad Ion Beam tillverkning av LiPON-baserade SSD Lithium-ion Nanobatteries för In Situ testning

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Tillverkning av Schottky dioder på Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostrukturfotoniska odlas av Plasma-assisted molekylärt stråla epitaxyen

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

Ensiffriga Nanometer elektronstråle litografi med en Aberration-korrigerade skanning transmissionselektronmikroskop

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

Beredning av en Isotopiskt ren 229th jonstråle för studier av 229mth

A methodology is described to generate an isotopically pure 229Th ion beam in the 2+ and 3+ charge states. This ion beam enables one to investigate the ...