Name: fabrication of schottky diodes on zn-polar bemgzno/zno heterostructure grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy
Uploaded: 2018-10-23T13:00:00
Duration: 14 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy at JoVE.com

Dit werk werd gesteund door Air Force Office voor wetenschappelijk onderzoek (AFOSR) onder Grant FA9550-12-1-0094.

1. groei en voorbereiding van GaN sjabloon MBE groei
<ol><li>Groei van semi-isolerende GaN sjabloon door MOCVD<ol>
<li>Zorg ervoor dat de klep van de gate isoleren van de belasting-lock-zaal van de reactor is gesloten. Vent de belasting-lock met N2 aan de atmosferische druk. Open de load-lock te nemen uit de houder van het substraat.</li>
		<li>Laad het 2-inch saffier substraat op de houder en plaats vervolgens de houder terug in het slot van de belasting. Pomp beneden de druk van de belasting-lock tot 2,5 × 10-2 Torr door een mechanische droge pomp.</li>
		<li>Vent de belasting-lock met N2 te egaliseren van de druk mee in de reactor kamer (15 Torr).</li>
		<li>Open de load-lock isolatie gate klep en laadt de houder in de vergadering van de houder van het monster in de reactor. Zet de motor van de rotatie en selecteer de draaisnelheid van de substraat-houder voor 100 rpm. Sluit de klep van de poort.</li>
		<li>Zorg ervoor dat het koelwater wordt uitgevoerd, beide H2 NH3 levering is voldoende, mass flow controller (MFC) en druk controller (PC) lezingen hetzelfde als de basiswaarden zijn en de houder van het substraat is roteren.</li>
		<li>Schakelen het gas systeem van N2 H2. Zet de monitor in situ optische reflectie.</li>
		<li>Het initiëren van de groei door het starten van het recept-bestand, dat vooraf installeert alle groeiparameters met inbegrip van de speedramp substraat temperaturen, gas debiet en druk van de reactor en omschakeling van de kleppen.</li>
		<li>Oprit 30 Torr in 3 min de reactor druk en de temperatuur van het substraat tot 1055 ° C tot desorb residuele vormen van verontreiniging van het oppervlak van het substraat voor 3 min in H2 omgeving.</li>
		<li>Helling naar beneden de temperatuur van het substraat tot 941 ° C voor de nucleatie en groei van lage-temperatuur (LT) AlN buffer laag.</li>
		<li>Het stabiliseren van de stroom van de trimethylaluminum (TMAl) als 12 standaard kubieke centimeter per minuut (sccm) en ammoniak (NH3) stroom als 7 sccm en de temperatuur van de ondergrond gedurende 3 minuten.</li>
		<li>De groei van de LT-AlN laag starten door het overschakelen van TMAl van vent aan de run lijn.</li>
		<li>De dikte van de laag van de LT-AlN bepalen met behulp van een custom-built reflectiviteit meetsysteem, waarin een 637-nm laserdiode, een p-i-n Si foto-elektrische cel en een Labview-based software. Het groeitempo op jaarbasis van de periode van19,20van de trillingen van de reflectiecoëfficiënt te bepalen. Gebruik in geselecteerde monsters, transversale scannen elektronenmicroscopie en Transmissie Electronenmicroscopie beelden te bevestigen de juistheid van de in situ toezicht.</li>
		<li>De groei voor 6 min te bereiken een dikte van ~ 20 nm en vervolgens oprit de substraat temperatuur tot 1100 ° C in 3 min zonder een onderbreking van de groei en de groei van de AlN laag met een dikte van 300 blijven houden nm, zoals gecontroleerd door de evolutie van de trilling van de in s ITU optische reflectie.</li>
		<li>TMAl vanuit de run overschakelen naar vent en vervolgens naar inactieve lijn om de groei van de AlN te stoppen. Stabiliseren van de stroom van de trimethylgallium (TMGa) op 15,5 sccm, oprit de NH3 doorstroming naar 7000 sccm en stabiliseren voor 1 min. helling omhoog de reactor druk 76 Torr in 1 min. helling omhoog de temperatuur van het substraat tot 1107 ° C in 1 min.</li>
		<li>Ervoor en groeien van een GaN herstel laag met een dikte van ~ 400 nm, terwijl de controle van de reflectiecoëfficiënt evolutie. In eerste instantie vertoont de reflectiviteit een scherpe daling wanneer GaN mononucleate op AlN oppervlak eilanden en vervolgens de intensiteit tot het oorspronkelijke niveau overeenkomt met een succesvol vlakke ondergrond herstelt wanneer de eilanden samensmelten.</li>
		<li>Oprit van het substraat tot 1124 ° C in 2 min. groeien de hoge-temperatuur-semi-GaN isolatielaag met een dikte van ~2.5 mm. Stop de groei door het overschakelen van TMGa van run naar vent en vervolgens naar de niet-actieve lijn.</li>
		<li>Het substraat tot kamertemperatuur afkoelen gedurende een periode van 40 min.</li>
		<li>Helling naar beneden de reactor druk 15 Torr gedurende een periode van 1,5 min.</li>
		<li>Het substraat van de reactor verwijderen door de omgekeerde procedure van 1.1.1-1.1.4 van de stappen te volgen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>GaN sjabloon voorbereiding en laden naar MBE reactor<ol>
<li>De 2-inch GaN sjabloon in 6 gelijke taart-vormige stukjes gesneden met behulp van een diamant scriber.</li>
		<li>Aqua regia zure oplossing binnen de zure zuurkast voor te bereiden door het toevoegen van salpeterzuur (HNO368.0-70,0 w/w%, 50 mL) aan zoutzuur (HCl, 36,5-38,0 w/w%, 150 mL) langzaam in een bekerglas van kwarts.</li>
		<li>Zet het bekerglas aqua regia op een hete plaat met een temperatuur van 220 ° C.</li>
		<li>Na het verschijnen van een oranje/rode kleur en gasbellen, geniet één taart-vormige GaN template in de oplossing en laat het gedurende 10 min koken.</li>
		<li>Spoel de GaN sjabloon in stromend-geïoniseerde (DI) water gedurende 3 minuten.</li>
		<li>Geniet van de GaN-sjabloon in de lijst met compatibele hardware (36,5-38,0 w/w%):H2O oplossing (1:1) gedurende 3 minuten te verwijderen Ga oxide.</li>
		<li>Spoel de GaN sjabloon in stromend DI water gedurende 5 minuten.</li>
		<li>De sjabloon met N2 gas droog.</li>
		<li>De schoongemaakte GaN sjabloon zetten een Mo-houder en het laden in MBE belasting-lock kamer onmiddellijk.</li>
		<li>Beginnen met pompen naar beneden van de belasting-lock door een mechanische droge pomp.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. MBE groei van BeMgZnO/ZnO Heterostructuren
<ol><li>Voorbereiding van de cellen van effusie<ol>
<li>Na het verpompen naar beneden van de belasting-lock gedurende 1 uur, beginnen met de voorbereiding van de Zn, Mg, effusie cellen worden. De temperatuur van de bovenste zone van de dubbel-zone Zn cel ingesteld op 525 ° C met een ramping snelheid van 17 ° C/min, wachten op 5 min en vervolgens oprit tot 515 ° C met een ramping tarief van 5 ° C/min. Set de Mg cel temperatuur tot 570 ° C met een ramping snelheid van 15 ° C/min , na het bereiken van de set-punt, wacht 10 min dan oprit van de cel van de Mg tot 300 ° C. Stel de temperatuur van de cel tot 900 ° C met een ramping snelheid van 10 ° C/min, wachten na het bereiken van de set-punt, de 3 min dan oprit van de cel tot 650 ° C.</li>
		<li>Na 30 min, stelt u de lagere temperatuur van de zone van de dubbel-zone Zn cel tot 360 ° C met een ramping snelheid van 10 ° C/min.</li>
		<li>Na het verpompen naar beneden van de belasting-lock voor 2 h tot een druk van ~ 5 × 10-7 Torr, inschakelen van het systeem van reflectie hoog-energetische elektronen diffractie (RHEED) en de GaN sjabloon laden in de bedwelmingsruimte MBE.</li>
		<li>Tune de hoek van de GaN sjabloon door het draaien van de manipulator om de evolutie van de patroon RHEED langs [1-100] azimutale richting volgen.</li>
		<li>De lagere temperatuur van de zone van de dubbel-zone Zn cel ingesteld op 355 ° C met een ramping snelheid van 10 ° C/min.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Controle van de polariteit van ZnO op GaN en groei van LT-ZnO buffer<ol>
<li>In de oprit van de temperatuur van het substraat tot 615 ° C met een ramping snelheid van 13.6 ° C/min naar de desorb van de resterende vormen van verontreiniging van het oppervlak van het substraat voor 15 min.</li>
		<li>Helling naar beneden de temperatuur van het substraat van 615 tot 280 ° C met een ramping snelheid van 13.6 ° C/min voor de groei van LT-ZnO. Wanneer de temperatuur 550 ° C bereikt, open de sluiter Zn cel om het oppervlak van de sjabloon GaN met Zn flux bloot te stellen. O2 plasma voeding inschakelen, stel de macht als 100 W en controleren om te verifiëren dat O2 gas lijn is gesloten.</li>
		<li>Wanneer de temperatuur 280 ° C bereikt, stel de O2 plasma macht op 400 W, set de O2 debiet tot 0.3 sccm te ontbranden van het plasma dan verlagen van het debiet van de2 O aan 0,25 sccm.</li>
		<li>Wacht voor 1 min en open de sluiter2 O om te beginnen met de groei van LT-ZnO buffer laag.</li>
		<li>Het opnemen van een RHEED patroon elke 5 min. Na een groei voor ongeveer 15 min overeenkomt met een dikte van de buffer van ~ 20 nm, wanneer het RHEED patroon gewijzigd van strepen (2D-modus) elliptische vlekken (3D modus), sluit Zn zowel O2 luiken om de groei te stoppen.</li>
		<li>Ingesteld de stroomsnelheid van de O-2 op 0.4 sccm, en de temperatuur van het substraat tot 730 ° C met een ramping snelheid van 13.6 ° C/min te ontharden de LT-ZnO buffer laag. De lagere temperatuur van de zone van de dubbel-zone Zn cel tot 345 ° C met een ramping snelheid van 10 ° C/min voor de groei van HT-ZnO laag ingesteld.</li>
		<li>Wanneer de temperatuur van het substraat de set-punt van 730 ° C bereikt, wacht 5 minuten en controleren van het oppervlak van de ZnO door RHEED. Wanneer het RHEED patroon transits van 3D aan 2D, stoppen gloeien door speedramp neer de temperatuur van het substraat tot 700 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Groei van hoge-temperatuur ZnO laag<ol>
<li>Wanneer de temperatuur van het substraat 700 ° C bereikt en stabiliseert, verhoging van het debiet van O2 naar 3.2 sccm.</li>
		<li>Allereerst dat de groei van HT-ZnO laag Zn zowel O2 luiken gelijktijdig openen.</li>
		<li>Groeien de HT-ZnO-laag voor ~ 140 min tot een dikte van ~ 300 nm. Record de RHEED patronen meerdere malen tijdens de groei om te bevestigen de groei van de 2D-modus.</li>
		<li>Stop de groei van HT-ZnO laag door Zn zowel O2 luiken gelijktijdig sluiten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Groei van BeMgZnO barrière<ol>
<li>De stroomsnelheid van de O-2 0.3 sccm, ingesteld de cel temperatuur tot 820 ° C met een ramping snelheid van 10 ° C/min, de Mg cel temperatuur instellen tot 510 ° C met een ramping snelheid van 15 ° C/min, en stel de temperatuur van het substraat tot 325 ° C met een ramping tarief van 13.6 ° C/min voor de groei van de BeMgZnO-barrière.</li>
		<li>Wanneer de temperatuur van het substraat stabiliseert, verhoging van de O-2 debiet tot 1,25 sccm, en start van de groei door concurrent openen de Zn, Mg, worden, en O2 luiken.</li>
		<li>Groeien de BeMgZnO-barrière laag voor ~ 12 min tot een dikte van ~ 30 nm. Record RHEED patronen meerdere malen tijdens de groei te volgen de evolutie van de groei modus.</li>
		<li>Stop de groei van de BeMgZnO laag door het sluiten van de Mg en sluitertijd worden, terwijl de Zn en O2 sluiter open voor 1 min hebben een ~ 2 nm ZnO GLB Dickschicht.</li>
		<li>Tot slot de groei Zn zowel O2 luiken te sluiten.</li>
		<li>Helling naar beneden de temperatuur van het substraat tot de standby-temperatuur 150 ° C. Verlagen van het debiet van de2 O aan 0,25 sccm.</li>
		<li>Wanneer de temperatuur van het substraat lager dan 250 ° C is, verlagen de O2 plasma kracht tot en met 100 W, O2 plasma voeding uitschakelen, verlagen van het debiet van de2 O op 0, sluiten de O2 gas lijn en afkoelen van de temperatuur van de cel naar standby voorwaarden.</li>
		<li>Wacht tot de temperatuur van het substraat bereiken van de standby-temperatuur: 150 ° C, de groei kamer poort klep open en laden de wafer houder aan de belasting-lock-kamer.</li>
		<li>De belasting-lock kamer met N2 gas vent en neem uit het monster.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. characterizations
<ol><li>Ongeveer het meten van de dikte van het monster met behulp van een stap-profiler, door middel van de overdekte ruimte aan de rand van het monster.</li>
	<li>Evalueren de dikte, stam en structurele kwaliteit van de heterostructure met behulp van hoge resolutie röntgendiffractie (HRXRD) (2S-w scans van (0002) reflectie).</li>
	<li>Snijd het monster in 5 × 5 mm2 vierkant stuk met behulp van een diamant scriber. Onderzoeken de elektronische eigenschappen van het monster met behulp van temperatuurmetingen afhankelijke Hall-Effect in de meetkunde van der Pauw met indium (In) puntjes als contact elektroden.</li>
	<li>Controleer de bovengrondse morfologie met behulp van atomaire kracht microscopie (AFM).</li>
</ol>4. fabricage van Schottky Diodes
<ol><li>Fabricage van ohms contacten op BeMgZnO/ZnO Heterostructuren<ol>
<li>Het monster (~ 20 × 20 mm2 in grootte) ontvet met aceton in een ultrasone reiniger voor 5 min, gevolgd door schoonmaak met methanol in de ultrasoon reiniger voor 5 min spoelen in DI water gedurende 5 minuten en blazen droog met N2.</li>
		<li>Spin vacht fotoresist met 1000 rpm voor 3 s en dan 3000 rpm voor 30 s.</li>
		<li>Zachte bak de fotoresist bij 100 ° C voor 140 s.</li>
		<li>Bloot met UV-licht door de Ohmse contact masker op 6.5 mW UV lamp kracht voor 2,38 min op fotolithografie masker aligner.</li>
		<li>Post bakken de fotoresist bij 110 ° C gedurende 80 s.</li>
		<li>Ontwikkelen in een ontwikkelaar voor 60 s met een schudden frequentie van 1/s.</li>
		<li>Spoel in DI water voor 3 min en klap droog met N2.</li>
		<li>Laad het monster in de electron beam verdamper.</li>
		<li>Zonder de verwarming van het monster, Ti/Au te storten met een dikte van 30/50 nm, zoals gemeten door kwartskristal dikte monitor.</li>
		<li>Astronauten in aceton, gevolgd door schoonmaak in methanol voor 5 min, spoelen in DI water gedurende 5 minuten, en waait droog met N2.</li>
		<li>Ontharden van de contactpersoon door snelle thermische annealer (RTA) bij 300 ° C gedurende 30 s.</li>
		<li>Controleer contactweerstand via overgang lijn model (TLM) meting21.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fabricage van Schottky contacten op BeMgZnO/ZnO Heterostructuren<ol>
<li>Volg de stappen 4.1.1-4.1.7 voor fotolithografie van Schottky contact.</li>
		<li>Behandeling van het monster oppervlak met externe O2 plasma voor 5 min met een O2 stroom van 35 sccm en een RF-kracht van 50 W.</li>
		<li>Volg de stappen 4.1.8-4.1.10 voor de afzetting van Ag met een dikte van 50 nm.</li>
		<li>Karakteriseren de verkregen structuur door I-V metingen voor de Schottky dioden17.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Morkoc, H., Solomon, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hemt:+A+superfast+transistor:+An+experimental+GaAs-AlGoAs+device+switches+in+picoseconds+and+generates+little+heat.+This+is+just+what+supercomputers+need.">The hemt: A superfast transistor: An experimental GaAs-AlGoAs device switches in picoseconds and generates little heat. This is just what supercomputers need.</a> IEEE spectrum. 21 (2), 28-35 (1984).</li><li>Aktas, O., 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=Microwave+performance+of+AlGaN/GaN+inverted+MODFET's.">Microwave performance of AlGaN/GaN inverted MODFET's.</a> IEEE Electron Device Letters. 18 (6), 293-295 (1997).</li><li>Leach, J. 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=Effect+of+hot+phonon+lifetime+on+electron+velocity+in+InAlN/AlN/GaN+heterostructure+field+effect+transistors+on+bulk+GaN+substrates.">Effect of hot phonon lifetime on electron velocity in InAlN/AlN/GaN heterostructure field effect transistors on bulk GaN substrates.</a> Applied Physics Letters. 96 (13), 133505 (2010).</li><li>Sasa, 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=Microwave+performance+of+ZnO/ZnMgO+heterostructure+field+effect+transistors.">Microwave performance of ZnO/ZnMgO heterostructure field effect transistors.</a> Physica status solidi (a). 208 (2), 449-452 (2011).</li><li>Ye, D., 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=Enhancement-mode+ZnO/Mg0.5Zn0.5O+HFET+on+Si.">Enhancement-mode ZnO/Mg0.5Zn0.5O HFET on Si.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 47 (25), 255101 (2014).</li><li>Koike, K., 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+epitaxial+growth+of+wide+bandgap+ZnMgO+alloy+films+on+(111)-oriented+Si+substrate+toward+UV-detector+applications.">Molecular beam epitaxial growth of wide bandgap ZnMgO alloy films on (111)-oriented Si substrate toward UV-detector applications.</a> Journal of Crystal Growth. 278 (1-4), 288-292 (2005).</li><li>Du, X., 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=Controlled+Growth+of+High-Quality+ZnO-Based+Films+and+Fabrication+of+Visible-Blind+and+Solar-Blind+Ultra-Violet+Detectors.">Controlled Growth of High-Quality ZnO-Based Films and Fabrication of Visible-Blind and Solar-Blind Ultra-Violet Detectors.</a> Advanced Materials. 21 (45), 4625-4630 (2009).</li><li>Ding, K., Ullah, M., Avrutin, V., &#214;zg&#252;r, &. #. 2. 2. 0. ;., Morko&#231;, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+high+density+two-dimensional+electron+gas+in+Zn-polar+BeMgZnO/ZnO+heterostructures.">Investigation of high density two-dimensional electron gas in Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures.</a> Applied Physics Letters. 111 (18), 182101 (2017).</li><li>Ding, K., Avrutin, V., &#214;zg&#252;r, &. #. 2. 2. 0. ;., Morko&#231;, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=III-Nitride+Light-Emitting+Diodes.">III-Nitride Light-Emitting Diodes.</a> Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering. , 1-21 (2017).</li><li>Tsukazaki, A., 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=Quantum+Hall+effect+in+polar+oxide+heterostructures.">Quantum Hall effect in polar oxide heterostructures.</a> Science. 315 (5817), 1388-1391 (2007).</li><li>Tsukazaki, A., 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=Observation+of+the+fractional+quantum+Hall+effect+in+an+oxide.">Observation of the fractional quantum Hall effect in an oxide.</a> Nat Mater. 9 (11), 889-893 (2010).</li><li>Falson, 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=MgZnO/ZnO+heterostructures+with+electron+mobility+exceeding+1+x+10(6)+cm(2)/Vs.">MgZnO/ZnO heterostructures with electron mobility exceeding 1 x 10(6) cm(2)/Vs.</a> Sci Rep. 6, 26598 (2016).</li><li>Ullah, M. 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=Polarity+control+and+residual+strain+in+ZnO+epilayers+grown+by+molecular+beam+epitaxy+on+(0001)+GaN/sapphire.">Polarity control and residual strain in ZnO epilayers grown by molecular beam epitaxy on (0001) GaN/sapphire.</a> physica status solidi (RRL) Rapid Research Letters. 10 (9), 682-686 (2016).</li><li>Ullah, M. 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=Characterization+of+Ag+Schottky+Barriers+on+Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO+Heterostructures.">Characterization of Ag Schottky Barriers on Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO Heterostructures.</a> physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters. , (2017).</li><li>Lee, J. 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=Schottky+diodes+prepared+with+Ag,+Au,+or+Pd+contacts+on+a+MgZnO/ZnO+heterostructure.">Schottky diodes prepared with Ag, Au, or Pd contacts on a MgZnO/ZnO heterostructure.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 51 (9S2), 09MF07 (2012).</li><li>Singh, R., 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=Investigation+of+barrier+inhomogeneities+and+interface+state+density+in+Au/MgZnO:+Ga+Schottky+contact.">Investigation of barrier inhomogeneities and interface state density in Au/MgZnO: Ga Schottky contact.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 49 (44), 445303 (2016).</li><li>Brillson, L. J., Lu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ZnO+Schottky+barriers+and+Ohmic+contacts.">ZnO Schottky barriers and Ohmic contacts.</a> Journal of Applied Physics. 109 (12), 121301 (2011).</li><li>M&#252;ller, 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=Method+of+choice+for+fabrication+of+high-quality+ZnO-based+Schottky+diodes.">Method of choice for fabrication of high-quality ZnO-based Schottky diodes.</a> Journal of Applied Physics. 116 (19), 194506 (1945).</li><li>Figge, S., B&#246;ttcher, T., Einfeldt, S., Hommel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+and+ex+situ+evaluation+of+the+film+coalescence+for+GaN+growth+on+GaN+nucleation+layers.">In situ and ex situ evaluation of the film coalescence for GaN growth on GaN nucleation layers.</a> Journal of Crystal Growth. 221 (1-4), 262-266 (2000).</li><li>Han, J., Ng, T. -. B., Biefeld, R., Crawford, M., Follstaedt, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+H+2+on+morphology+evolution+during+GaN+metalorganic+chemical+vapor+deposition.">The effect of H 2 on morphology evolution during GaN metalorganic chemical vapor deposition.</a> Applied Physics Letters. 71 (21), 3114-3116 (1997).</li><li>Berger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Models+for+contacts+to+planar+devices.">Models for contacts to planar devices.</a> Solid-State Electronics. 15 (2), 145-158 (1972).</li><li>Tampo, 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=Polarization-induced+two-dimensional+electron+gases+in+ZnMgO/ZnO+heterostructures.">Polarization-induced two-dimensional electron gases in ZnMgO/ZnO heterostructures.</a> Applied Physics Letters. 93 (20), 202104 (2008).</li><li>Ye, J. D., 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=Two-dimensional+electron+gas+in+Zn-polar+ZnMgO/ZnO+heterostructure+grown+by+metal-organic+vapor+phase+epitaxy.">Two-dimensional electron gas in Zn-polar ZnMgO/ZnO heterostructure grown by metal-organic vapor phase epitaxy.</a> Applied Physics Letters. 97 (11), 111908 (2010).</li><li>&#352;ermuk&#353;nis, 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=Hot-electron+energy+relaxation+time+in+Ga-doped+ZnO+films.">Hot-electron energy relaxation time in Ga-doped ZnO films.</a> Journal of Applied Physics. 117 (6), 065704 (2015).</li><li>Singh, C., Agarwal, G., Rao, G. D., Chaudhary, S., Singh, R. <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+hydrogen+peroxide+treatment+on+the+electrical+characteristics+of+Au/ZnO+epitaxial+Schottky+diode.">Effect of hydrogen peroxide treatment on the electrical characteristics of Au/ZnO epitaxial Schottky diode.</a> Materials Science in Semiconductor Processing. 14 (1), 1-4 (2011).</li><li>Mohanta, 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=Electrical+characterization+of+Schottky+contacts+to+n-MgZnO+films.">Electrical characterization of Schottky contacts to n-MgZnO films.</a> Thin Solid Films. 548, 539-545 (2013).</li><li>Schifano, R., Monakhov, E., Grossner, U., Svensson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+characteristics+of+palladium+Schottky+contacts+to+hydrogen+peroxide+treated+hydrothermally+grown+ZnO.">Electrical characteristics of palladium Schottky contacts to hydrogen peroxide treated hydrothermally grown ZnO.</a> Applied Physics Letters. 91 (19), 193507 (2007).</li><li>Ip, K., 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=Improved+Pt/Au+and+W/Pt/Au+Schottky+contacts+on+n-type+ZnO+using+ozone+cleaning.">Improved Pt/Au and W/Pt/Au Schottky contacts on n-type ZnO using ozone cleaning.</a> Applied Physics Letters. 84 (25), 5133-5135 (2004).</li><li>Raju, N. R. C., Kumar, K. J., Subrahmanyam, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+properties+of+silver+oxide+thin+films+by+pulsed+laser+deposition:+effect+of+oxygen+pressure+during+growth.">Physical properties of silver oxide thin films by pulsed laser deposition: effect of oxygen pressure during growth.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 42 (13), 135411 (2009).</li></ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Integratie van BeO in MgZnO om te vormen van de quaternaire BeMgZnO biedt de haalbaarheid om af te stemmen, de omvang en de teken van stam in het Kwartair en vandaar beduidend verhoogt de 2DEG dichtheid8. De representatieve resultaten tonen aan dat de worden0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure resultaten in een dichtheid van 2DEG dicht bij de gewenste plasmon-LO phonon resonantie elektronen dichtheid (~ 7 × 1012 cm-2)24. Hoewel de mobiliteit van de elektron van het heterostructure is sterk afhankelijk van de groeiparameters MBE zoals de temperatuur van het substraat en VI/II verhouding van de HT-ZnO én de BeMgZnO barrière laag, de dichtheid van het 2DEG is zwak afhankelijk van de voorwaarden voor groei en vooral bepaald door de worden en Mg inhoud in de barrière.
Een GaN-sjabloon wordt gebruikt voor de groei van BeMgZnO/ZnO Heterostructuren met kristallijn hoogwaardige als gevolg van de gematigde lattice wanverhouding van 1,8% tussen GaN en ZnO, vergeleken met een groot rooster mismatch van 18% tussen saffier en ZnO. Om te voorkomen dat een geleidende parallelle kanaal, is het van cruciaal belang dat een hoge weerstand in het bereik van de MΩ/plein voor de GaN-sjabloon. In ons geval, wordt dit bereikt door het groeien bij een lage kamer druk van 76 Torr om koolstof compensatie. Om te zorgen voor de controle van de polariteit in de Heterostructuren van de BeMgZnO/ZnO (Zn-polariteit), onontbeerlijk zorgvuldige oppervlaktebehandeling van GaN sjabloon. Oxidatie of besmetting tijdens de voorbereiding op het oppervlak van de GaN geïntroduceerd zou veroorzaken Zn - en O-mix-polariteit in de Heterostructuren zelfs de determinant VI/II-verhouding < 1.5 is voldaan.
Chemische reactie tussen het metaal en de halfgeleider, de aanwezigheid van oppervlakte contaminanten, Staten, gebreken in de buurt van het oppervlak, en de verspreiding van metaal in de halfgeleider zijn veelvoorkomende problemen op het gebied van de fabricage van Schottky contactpersonen. Een verscheidenheid van methoden is gemeld in de literatuur voor het voorbereiden van het oppervlak van ZnO voor Schottky contact fabricage. Onder hen zijn etsen in HCl (of andere zuren), fysieke etsen met Ar+, UV ozon reiniging, behandeling van H2O2, en O2 plasma (of mengsel met He)25,26,27, 28. de etsen-procedures gericht voor het verwijderen van een toplaag met dikte een variërend van een paar nanometer tot micron en daarom kan niet worden toegepast voor HFET apparaten. De UV-ozon reiniging of O2 plasma procedure verwijdert alleen de bovenlaag. Het is daarom zeer geschikt voor de oppervlakte voorbereiding van onze BeMgZnO/ZnO-Heterostructuren.
Schottky contactpersonen zijn meestal bereikt door nederlegging van een hoge werk functie metaal zoals Pd, Pt, Ir, enz. Daarentegen heeft Ag een lage functie van het werk van 4,26 eV. Desondanks prima apparaten met behulp van Ag elektrode rectificatie gedrag als gevolg van de vorming van een interface zilver oxide laag veroorzaakt door gedeeltelijke oxidatie van Ag met zuurstof uit ZnO matrix overweg. Het zo gevormde oxide laag is transparant voor elektronen en heeft hogere werk functie ten opzichte van Ag. Raju et al. aangegeven zijn werk functies ongeveer 5.5 eV voor geleden gegroeid door gepulste laser afzetting (PLD), oftewel 1,3 eV hoger is dan dat van Ag, en dicht bij het kenmerk van Pd, Pt en Ir29. Onze resultaten wijzen erop dat dat Ag-elektrode (met O2 plasma voorbehandeling op het oppervlak van ZnO heterostructure) een veelbelovende contact metaal voor de vorming van Schottky diodes is.
We hebben een methode voor het fabriceren van hoogwaardige Schottky contacten voor ZnO gebaseerde HFETs aangetoond. MOCVD gegroeid GaN sjabloon met zorgvuldige oppervlaktevoorbereiding vlak voor MBE groei en een lage VI/II-verhouding < 1.5 tijdens ZnO nucleatie zorgen de Zn-polaire oriëntatie van de ZnO gebaseerde Heterostructuren met hoge kwaliteit. MOCVD is een veel gebruikte volwassen techniek voor epitaxie van GaN voor diverse toepassingen. De MBE-procedure die wordt beschreven in dit werk geeft de combinatiemogelijkheden van MOCVD en MBE technieken en GaN en oxide halfgeleiders voor elektronische apparaten. Opneming van een kleine hoeveelheid worden in de BeMgZnO barrière laag resultaten in HFETs met hoge 2DEG dichtheid, hoge elektron mobiliteit en hoge thermische stabiliteit, voor een betere prestatie bij hoge snelheid.

Heterostructure veld effect transistors (HFETs) op basis van twee dimensionale electron gas (2DEG) hebben een veelbelovende potentieel voor de toepassingen in hoge snelheid elektronische apparaten1,2,3. Zinkoxide (ZnO) als een wide bandgap (3.4 eV) halfgeleider hoge elektron verzadiging aanslaggevoelig heeft veel aandacht gekregen als platform voor HFETs4,5. Conventioneel gebruikte barrière materiële MgZnO Ternair vereisen een zeer hoog gehalte aan Mg (> 40%) geteeld op lage substraat temperaturen (300 ° C of lager)6,7, en als zodanig deze structuren zijn geneigd om te degraderen onder hoog vermogen operaties en tijdens de thermische behandelingen, zelfs als de ongewenste Ladingsdichtheid in de barrière is laag genoeg om poort modulatie. Om dit obstakel te omzeilen, hebben wij voorgesteld en aangenomen BeMgZnO als de barrière, waarin het teken van de stam in de barrière omschakelbaar van druksterkte treksterkte via de opneming van beryllium (Be), waardoor het spontane en piezoelectricpolarizations te zijn additief. Dientengevolge, kan hoge 2DEG concentratie worden bereikt met relatief bescheiden Mg inhoud. Met behulp van deze aanpak, hoge 2DEG dichtheden wordt waargenomen in de buurt van de plasmon-LO phonon resonantie (~ 7 × 1012 cm-2) in BeMgZnO/ZnO Heterostructuren terwijl de Mg inhoud hieronder is 30% en zijn inhoud is slechts op 2 ~ 3%8.
Als gevolg van zijn soortgelijke crystal symmetrie, UV en zichtbaar licht transparantie, is robuuste fysische en chemische eigenschappen en low-cost, c-vliegtuig sapphire wijd werkzaam epitaxie van GaN zowel ZnO. Dankzij de opmerkelijke vooruitgang in de technologie van groei van GaN gebaseerde elektronische en opto-elektronische apparaten in saphhire, kunnen hoogwaardige GaN sjablonen worden gemakkelijk geproduceerd op saffier substraten met behulp van de AlN of lage temperatuur (LT) GaN buffer, ondanks haar grote lattice mismatch van 16% met saffier9. Epitaxiale groei van ZnO, die een nog grotere discrepantie in-plane rooster van 18% met saffier heeft, is betrekkelijk goed begrepen voor O-polaire verscheidenheid, terwijl de groei van Zn-polaire materiaal in tweedimensionale modus niet goed is gevestigd. Vanwege de matige lattice mismatch van 1,8% is epitaxie van ZnO op GaN een aantrekkelijk alternatief.
Zowel MOCVD als MBE zijn de meest succesvolle halfgeleider afzetting technieken voor het fabriceren van hoogwaardige dunne films en Heterostructuren met hoge reproduceerbaarheid. De belangrijkste reden dat MBE minder populair dan MOCVD voor epitaxie van GaN is is de kostprijs en de ontoereikendheid voor massaproductie. Het groeitempo op jaarbasis in GaN door MOCVD kunnen verschillende micrometers per uur, en tientallen van 2 inch (50 mm) diameter plaatjes of die zo groot is als de 6-8" kunnen worden geteeld in een run9. Hier, ook wij MOCVD voor de groei van GaN in onze studie. Voor de groei van ZnO gebaseerde Heterostructuren, echter worden meer verslagen over de vorming van 2DEG gerealiseerd door MBE op dit moment voorafgaand aan de commercialisering van de potentiële toepassingen10,11,12. We hebben onlangs, MBE groei van hoge kwaliteit ZnO Heterostructuren met een nauwkeurige controle van oppervlakte polariteit op Ga-polaire GaN sjablonen13ontwikkeld. Bleek dat met Zn pre blootstelling behandeling, ZnO zo volwassen tentoongestelde Zn-polariteit lagen wanneer nucleated met lage VI/II-ratio's (< 1.5), terwijl die nucleated met VI/II ratio's boven 1.5 tentoongesteld O-polariteit. Om te voorkomen dat de parallelle geleiding kanaal via GaN sjablonen, wij aangenomen koolstof gecompenseerd semi-isolerende GaN MOCVD geteeld onder omstandigheden van de lagedruk op AlN buffer voor de verdere groei van ZnO gebaseerde HFET structuren.
Voorafgaand aan onze werk14, is er geen rapporten over het onderzoek van Schottky dioden op BeMgZnO/ZnO Heterostructuren. Alleen verscheidene studies hebben gemeld op Schottky contacten op MgZnO15,16, bijv., met een factor idealiteit 2.37, een hoogte van de barrière van 0.73 eV en een rectificatie ratio van slechts 103 15. Verschillende Schottky metalen zijn gebruikt voor ZnO17, en onder hen, zilver (Ag) is algemeen goedgekeurd, als gevolg van een relatief hoge Schottky barrière hoogte van 1.11 eV op bulk ZnO met een idealiteit factor van 1,08 18.
In dit werk streven wij naar kwalitatief hoogwaardige Schottky dioden voor de toepassingen in ZnO-high-speed HFET apparaten te fabriceren. Het volgende protocol geldt specifiek voor de fabricage van Ag/BeMgZnO/ZnO Schottky dioden door verdamping van de e-bundel van Ag op de Heterostructuren van de BeMgZnO/ZnO geteeld door plasma-bijgewoonde MBE op MOCVD-gestort GaN sjablonen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>MOCVD</td>
			<td>Emcore</td>
			<td></td>
			<td>customer build</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MBE</td>
			<td>SVT Associates</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMAl</td>
			<td>SAFC</td>
			<td>CAS: 75-24-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMGa</td>
			<td>SAFC</td>
			<td>CAS: 1445-79-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NH3</td>
			<td>The Linde group</td>
			<td>CAS: 7664-41-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H2</td>
			<td>National Welders Supply Co.</td>
			<td>supplier part no. 335-041</td>
			<td>Grade 5.0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O2</td>
			<td>National Welders Supply Co.</td>
			<td>supplier part no. OX 300</td>
			<td>Industrial Grade Oxygen, Size 300 Cylinder, CGA-540</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mg</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Product No.: 474754-25G</td>
			<td>MAGNESIUM, DISTILLED, DENDRITIC PIECES, 99.998% METALS BASIS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Be</td>
			<td>ESPI Metals</td>
			<td>Stock No. K646b</td>
			<td>Beryllium pieces, 3N</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zn</td>
			<td>Alfa Aesar, Thermo Fisher Scientific Chemicals Inc.</td>
			<td>Product No.: 10760-30</td>
			<td>Zinc shot, 1-6mm (0.04-0.24in), Puratronic, 99.9999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Au</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>part no. EVMAUXX40G</td>
			<td>Gold Pellets, 99.99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>part no. EVMAG40QXQ</td>
			<td>Silver Pellets, 99.99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ti</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>part no. EVMTI45QXQ</td>
			<td>Titanium Pellets, 99.995%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Developer</td>
			<td>Rohm and Haas electronic Materials LLC</td>
			<td>MF-CD-26</td>
			<td>Material number 10018050</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist</td>
			<td>Rohm and Haas electronic Materials LLC</td>
			<td>SPR 955</td>
			<td>Material number 10018283</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of schottky diodes on zn-polar bemgzno/zno heterostructure grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy

Heterostructure veld effect transistors (HFETs) met behulp van een twee dimensionale electron gas (2DEG) kanaal hebben een groot potentieel voor hoge snelheid apparaat toepassingen. Zinkoxide (ZnO), een halfgeleider met een wide bandgap (3.4 eV) en hoge elektron verzadiging snelheid heeft opgedaan veel aandacht als een aantrekkelijk materiaal voor high-speed apparaten. Efficiënte gate modulatie, vereist echter kwalitatief hoogwaardige Schottky contacten op de laag van de barrière. In dit artikel presenteren wij onze onze Schottky diode fabricage procedure op Zn-polaire BeMgZnO/ZnO heterostructure met hoge dichtheid 2DEG die wordt bereikt door stam modulatie en opneming van een paar procent worden in de MgZnO gebaseerde barrière tijdens groei door moleculaire straal epitaxie (MBE). Om te bereiken kristallijne hoogwaardige, worden bijna rooster-matched high-soortelijke weerstand GaN sjablonen gegroeid door metaal-organische chemische damp afzetting (MOCVD) gebruikt als het substraat voor de verdere groei van de MBE van de oxide lagen. Te verkrijgen van de vereiste Zn-polariteit, zorgvuldige oppervlaktebehandeling van GaN sjablonen en controle over de verhouding van de VI/II tijdens de groei van lage temperatuur ZnO nucleatie laag worden gebruikt. TI/Au elektroden dienen als ohms contacten, en Ag elektroden gestort op het O2 plasma BeMgZnO oppervlak voorbehandeld worden gebruikt voor Schottky contacten.

De linkerkolom van Figuur 1 toont de evolutie van RHEED patroon opgenomen in de richting [1-100] azimutale tijdens MBE groei van een worden0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure met een 300 nm HT-ZnO Dickschicht en een 30 nm dik worden0.02 Mg0.26ZnO barrière. De rechterkolom toont representatieve oppervlakte morphologies op verschillende groeifasen (niet van hetzelfde monster). Zoals blijkt uit het uiterlijk van een vlekkerige RHEED patroon, is de LT-ZnO buffer laag van driedimensionale (3D) eiland groei modus aard. De bovengrondse morfologie werd verbeterd door thermische onthardende behandeling bij een temperatuur boven de 700 ° C. Het is duidelijk dat het oppervlak van 3D getransformeerd naar 2D morfologie. De daaropvolgende HT-ZnO laag blijft groeien in een 2D-modus, gevolgd door de 2D groei van0,02Mg0.26ZnO laag worden zonder de vorming van een tweede fase. AFM metingen hebben aangetoond dat de GaN sjabloon een root mean square (RMS) ruwheid van 0.28 heeft nm voor 5 × 5 μm2 scan. Een glad oppervlak met een RMS-ruwheid van 0.35 nm voor de HT-ZnO laag zonder een barrière wordt verkregen door de groeiende onder O-rijke voorwaarde en een RMS-ruwheid van 0,45 nm wordt waargenomen na de groei van BeMgZnO barrière.
HRXRD triple-as 2θ-ω scannen voor een typische Zn-polaire worden0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure met een 300 nm dikke HT-ZnO laag, en een 50 nm dik worden0,02Mg0.26ZnO barrière laag is afgebeeld in Figuur 2. De reflecties op 34.46 o, 34.54 oen 34.75 o stroken met (0002) reflecties van ZnO, GaN, en worden0,02Mg0.26ZnO, respectievelijk. Merk op dat de verbreding van de reflectie van0,02Mg0.26ZnO worden vanwege de dunheid. De treksterkte biaxial stam in het laag ZnO is een indicatie van de Zn-polaire heterostructure, zoals in onze vorige studie13onderzocht. Worden en Mg inhoud in het Kwartair BeMgZnO werden berekend op basis van de Bragg hoek van haar XRD (0002) reflectie en emissie foton energie in LT-fotoluminescentie (LT-PL) spectrum gemeten bij 13 K (niet afgebeeld).
Figuur 3 toont de resultaten van metingen van temperatuur-afhankelijke Hall-Effect voor een0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure worden. De concentratie van de vervoerder blad teruggebracht van 8,8 × 1012 cm-2 tot en met 6.4 × 1012 cm-2 wanneer het monster was afgekoeld van kamertemperatuur (293 K) tot ongeveer 100 K. Met verder afkoelen tot 13 K, de blad vervoerder concentratie verzadigde vetzuren in 6.2 × 1012 cm-2. Deze bevinding manifesteert dat de waargenomen afname van de concentratie van de elektron is voortgekomen uit de bijdragen van de parallelle geleiding kanalen waaronder defecte nucleatie laag en HT-ZnO evenals de0,02Mg0.26ZnO worden barrière, indien van toepassing. Deze trend heeft ook gemeld voor MgZnO/ZnO Heterostructuren10,22. De mobiliteit van de elektronen in het worden van0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure monotoon toeneemt met afnemende temperatuur; zowel de 293 K mobiliteit van 206 cm2/Vs en de mobiliteit van de 13 K van 1550 cm2/Vs zijn vergelijkbaar met de waarden in de literatuur22,23. De evolutie van de elektronische eigenschappen als functie van de temperatuur geeft duidelijk de aanwezigheid van 2DEG op de0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterointerface worden.
Figuur 4 toont de stroom-spanning (I-V) bochten gemeten bij kamertemperatuur voor vier vertegenwoordiger Ag / Be0,02Mg0.26ZnO/ZnO Schottky dioden met een Schottky oppervlakte van 1,1 × 10-4 cm2 binnen één wafer. De voorwaartse stromen toenemen exponentieel met de toegepaste spanning tot 0,25 V, waarboven de spanning over de weerstand van de serie blijken daalt. De hoogste Schottky barrière hoogte van Φap van 1,07 eV werd bereikt met een idealiteit factor n van 1.22. Rectificatie verhoudingen van ongeveer 1 × 10-8 worden bereikt met behulp van de huidige waarden gemeten bij V= ±2 V.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58113/58113fig1.jpg"> Figuur 1. Oppervlakte karakterisering. Linker kolom ziet u de patronen van de RHEED genomen in de richting [1-100] azimutale tijdens MBE groei van een0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure en rechterkolom presenteert de oppervlakte morphologies van de GaN sjabloon, HT-ZnO laag, en worden 0.02Mg0.26ZnO laag gemeten door de AFM. LT-ZnO buffer technologie maakt de groei van de 2D-modus van kwalitatief hoogwaardige ZnO Heterostructuren op lage rooster-mismatched GaN sjablonen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58113/58113fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58113/58113fig2.jpg"> Figuur 2. HRXRD van de heterostructure. HRXRD triple-as 2θ-ω scan van een typische Zn-polaire0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure worden met een 50 nm dik worden0,02Mg0.26ZnO barrière laag. De reflecties op 34.46 o, 34.54 oen 34.75 o stroken met (0002) reflecties van ZnO, GaN, en worden0,02Mg0.26ZnO, respectievelijk. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58113/58113fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58113/58113fig3.jpg"> Figuur 3. Elektronische eigenschappen van de heterostructure. Temperatuur verslaafdheden blad vervoerder dichtheid en elektron mobiliteit van een Zn-polaire0,02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure worden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58113/58113fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58113/58113fig4.jpg"> Figuur 4. Schottky dioden. Typische I-V kenmerken van vier vertegenwoordiger Ag /0,02Mg0.26ZnO/ZnO Schottky dioden gemeten worden bij kamer-temperatuur. De gelijkenis van de vier I-V bochten geeft de hoge in-wafer uniformiteit van het monster. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58113/58113fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy at JoVE.com

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

Verwezenlijking van kwalitatief hoogwaardige Schottky contacten is noodzakelijk voor het bereiken van efficiënte gate modulatie in heterostructure veld effect transistors (HFETs). We presenteren de fabricage methodologie en de kenmerken van de dioden van de Schottky op Zn-polaire BeMgZnO/ZnO Heterostructuren met hoge dichtheid twee dimensionale electron gas (2DEG), geteeld door moleculaire straal plasma-bijgewoonde epitaxie op GaN sjablonen.

Fabricage van Schottky Diodes op Zn-polaire BeMgZnO/ZnO Heterostructure gegroeid door moleculaire Beam Plasma-bijgewoonde epitaxie

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

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over spanningsregeling over stroom in zinkoxide-gebaseerde heterojunction veld effect transistors met twee-dimensionale elektronengas met behulp van Schottky contacten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de poort van het veldeffect transistor kan worden gedefinieerd in een foto stap. De implicaties van deze techniek breiden zich uit over nieuwe generaties van hoogfrequente, high-power veld effect transistors door te profiteren van hoge elektronenverzadiging diversiteit in zinkoxide.Hoewel deze methode inzicht geeft in de aard van Schottky contact in stabiliteit op single-site, kan het ook worden toegepast op andere single-site gebaseerde apparaten zoals zonne-installatie detectoren en de chemische of biosensoren. Om te beginnen met de procedure, laad een saffier substraat twee-inch in diameter 380 micrometer dik C-vliegtuig in een metalen organische CVD-instrument, en het systeem voor te bereiden op afzetting. Zodra het systeem klaar is, helling de reactordruk tot 30 torrs en het substraat temperatuur tot 1, 055 graden Celsius in een waterstofatmosfeer in de loop van 35 minuten.Houd het op die temperatuur gedurende drie minuten om de resterende verontreinigingen desorb. Dan, helling het substraat tot 941 graden Celsius in de loop van drie minuten. Na het laten stabiliseren van de temperatuur gedurende twee minuten, zet de trimethylaluminum stroom op 12,0 SCCM, en de ammoniak stroom op zeven SCCM.Laat de stroomsnelheid drie minuten stabiliseren. Schakel vervolgens de trimethylaluminumstroom naar de run-lijn om de groei van de lage temperatuur aluminiumnitridelaag te starten. In de loop van zes minuten, groeien ongeveer 20 nanometer aluminium nitride op het substraat, zoals gemeten door reflectiviteit oscillaties.Daarna, zonder de groei te onderbreken, moet het substraat in drie minuten opriteren naar 1, 100 graden Celsius. Zet de aluminium nitride groei voort tot de laag 300 nanometer dik is. Dan, direct de trimethylaluminum stroom uit de buurt van de reactor.Start de trimethylgallium flow op 15,5 SCCM en laat het stabiliseren gedurende twee minuten. Dan, groeien ongeveer 400 nanometer van galliumnitride op het substraat. Een eerste afname van de reflectiviteit zal worden waargenomen tijdens galliumnitride nucleatie.De reflectiviteit zal herstellen tot het oorspronkelijke niveau wanneer de galliumnitride eilanden samensmelten. Zodra de galliumnitride 400 nanometer dik is, helling de substraat temperatuur tot 1, 124 graden Celsius in twee minuten zonder onderbreking van de groei. Groeien ongeveer 2,5 nanometer van een hoge temperatuur semi-isolerende gallium nitride laag.Dan, direct de trimethylgallium stroom uit de buurt van de reactor om de groei te stoppen. Koel de nieuw gevormde galliumnitride sjabloon af op kamertemperatuur en ontlaad deze uit de reactor. Snijd de sjabloon vervolgens in zes stukken van even grote grootte.Verwarm in een rookkap een kookplaat tot 220 graden Celsius en bereid 200 milliliter van een één-op-één volumemengsel van geconcentreerd zoutzuur in gedeïoniseerd water. Plaats vervolgens 150 milliliter geconcentreerd zoutzuur in een kwartsbeker van 300 milliliter. Voeg langzaam 50 milliliter geconcentreerd salpeterzuur toe om een aqua regia-oplossing te verkrijgen.Verwarm de aqua regia-oplossing op de kookplaat totdat de oplossing oranjerood en bubbels is. Plaats vervolgens een gallium nitride sjabloon stuk in een polytetrafluorethyleen mand en kook het in aqua regia voor 10 minuten. Spoel de sjabloon drie minuten in stromend gedeïsteerd water.Geniet vervolgens drie minuten lang van de sjabloon in de zoutzuuroplossing. Spoel het sjabloon opnieuw in stromend gedeïsteerd water gedurende vijf minuten en droog het vervolgens met stikstofgas. Binnen vijf minuten, laad de schone sjabloon in een twee-zes moleculaire bundel epitaxy instrument load lock en beginnen met pompen naar beneden.Na het pompen van de belasting slot met de schone gallium nitride sjabloon voor een uur, bereid de zink magnesium en beryllium effusie cellen. Schakel het reflectie-hoogenergetische elektrodiffractiesysteem in en laad de sjabloon in op de MBE. Vervolgens, helling het substraat tot 615 graden Celsius op 13,6 graden Celsius per minuut, en houd het op die temperatuur gedurende 15 minuten om desorb restverontreinigingen.Dan, beginnen met het opriten van het substraat tot 280 graden Celsius. Wanneer het substraat 550 graden Celsius bereikt, opent u de zinkcelsluiter om het galliumnitrideoppervlak bloot te stellen aan de zinkstroom. Zet de zuurstofplasmavoeding aan, stel het vermogen in op 100 watt en bevestig dat de zuurstofgasleiding gesloten is.Wanneer het substraat 280 graden Celsius bereikt, stelt u het zuurstofplasmavermogen in op 400 watt. Stel de zuurstofstroom in op 0,3 SCCM om het plasma te ontsteken en verlaag deze vervolgens tot 0,25 SCCM. Wacht een minuut en open vervolgens de zuurstof sluiter om de lage temperatuur zinkoxide buffer laag groei te starten.Record een leespatroon langs de ene negatieve een nul nul azimuthal richting om de vijf minuten tijdens de groei. Na ongeveer 15 minuten verandert het leespatroon van 2D-modus naar 3D-modus, wat wijst op een bufferdikte van ongeveer 20 nanometer. Sluit het zink en de zuurstofluiken om de groei te stoppen.Verhoog vervolgens de zuurstofstroom naar 0,4 SCCM. Begin met het opvoeren van het substraat tot 730 graden Celsius bij 13,6 graden Celsius per minuut. Helling de lagere zonetemperatuur van de zinkcel met dubbele zone tot 345 graden Celsius bij 10 graden Celsius per minuut.Wacht vijf minuten wanneer het substraat 730 graden Celsius bereikt en begin vervolgens met het monitoren van het zinkoxideoppervlak door te lezen. Wanneer deze wordt gewijzigd in de 2D-modus, is de bufferlaag geannealed. Koel het substraat af tot 680 graden Celsius.Verhoog vervolgens de zuurstofstroomsnelheid tot 3,2 SCCM en open de zink- en zuurstofluiken om een 300 nanometer dikke zinkoxidelaag met hoge temperaturen te laten groeien. Stel de zuurstofstroom daarna in op 0,3 SCCM. Helling de berylliumcel tot 820 graden Celsius bij 10 graden Celsius per minuut, en de magnesiumcel tot 510 graden Celsius bij 15 graden Celsius per minuut.Koel het substraat af tot 325 graden Celsius bij 13,6 graden Celsius per minuut. Zodra de substraattemperatuur stabiliseert, verhoogt u geleidelijk de zuurstofstroom tot 1,25 SCCM. Open vervolgens tegelijkertijd de zink-, magnesium-, beryllium- en zuurstofluiken om de groei van de beryllium magnesium zinkoxide-barrière te starten.Laat in de loop van 12 minuten een ongeveer 30 nanometer dikke laag beryllium magnesium zinkoxide groeien. Periodiek verwerven leespatronen om de evolutie van de groeimodus te volgen. Dan, verwerven van een definitieve leespatroon en sluit de magnesium en beryllium luiken om de beryllium magnesium zinkoxide groei te beëindigen.Laat de zink- en zuurstofluiken nog een minuut open om een ongeveer twee nanometer dikke zinkoxide doplaag te laten groeien. Om te beginnen met de diodefabricage, sonicate de beryllium magnesium zinkoxide zinkoxide zinkoxide heterostructuur monster in aceton en methanol gedurende vijf minuten per stuk in de juiste volgorde. Spoel het monster vijf minuten in gedeïioniseerd water en droog het onder een stroom stikstofgas.Vervolgens spin-coat het monster met i-Line positieve fotoresist. Bak de fotoresist 140 seconden zachtjes op 100 graden Celsius. Mask maskeert het monster en stel het gedurende 2,38 minuten bloot aan een 6,5 watt UV-lamp.Bak de fotoresist 80 seconden op 110 graden Celsius. Schud vervolgens het monster in fotoresistenontwikkelaar gedurende 60 seconden met een schudfrequentie van één hertz. Spoel het ontwikkelde monster drie minuten in gedeïsized water en droog het onder stikstofgas.Behandel het monster vervolgens met zuurstofplas op afstand met een zuurstofstroom van 35 SCCM in een RF-vermogen van 50 watt gedurende vijf minuten. Ten slotte, laad het monster in een elektronenbundel verdamper en deponeren 50 nanometer zilver. Til af met aceton om de contacten te vormen en maak het monster schoon en droog met methanol, water en stikstofgas.Leespatronen van de lage temperatuur zinkoxide bufferlaag vertoonden aanvankelijk elliptische vlekken, wat wijst op een groeimodus van 3D-eilanden. Annealing op meer dan 700 graden Celsius produceerde een 2D oppervlakte morfologie. De daaropvolgende lagen groeiden beide in 2D-modus.Atoomkracht microscopie toonde een kleine toename van wortel gemiddelde vierkante ruwheid met elke laag. X-Ray diffractie toonde reflecties in overeenstemming met 0002 reflecties van zinkoxide, galliumnitride, en beryllium magnesium zinkoxide. De verbreding van de beryllium magnesium zinkoxide reflectie werd toegeschreven aan de dunheid van die laag.Alle-effect metingen van de heterostructuur toonden een daling van de plaatdrager concentratie met dalende temperatuur, met verzadiging op ongeveer 13 kelvin. De elektronenmobiliteit steeg monotoon met dalende temperatuur. De waargenomen waarden bij 293 kelvin en 13 kelvin kwamen overeen met literatuurwaarden.Deze trends wijzen op de aanwezigheid van tweedimensionaal elektronengas op de beryllium magnesium zinkoxide zinkoxide interface. Stroomdichtheidsspanningscurven bij kamertemperatuur voor zilver-beryllium magnesium zinkoxide zinkoxide Schottky diodes toonden poortstromen die exponentieel toeneemt met toegepaste voorwaartse spanning tot 0,25 volt, waarna spanningsdalingen over de serieweerstand zichtbaar werden. De gelijkenis tussen de krommen duidde op een hoge in-wafer uniformiteit van het monster.De hoogste zichtbare Schottky barrièrehoogte werd waargenomen met een idealiteitsfactor van 1.22. Aangezien deze uitgevoerde methode is van cruciaal belang voor de unie om precies de controle van de oppervlakte polariteit van zinkoxide op gallium polaire gallium nitride sjablonen, Mislukking in polariteit controle resulteert in een heterostructuur zonder twee-dimensionale elektronengas. Het handhaven van de all-sector ratio onder de 1,5 tijdens single-site nucleatie zorgt ervoor dat de single-site gebaseerde heterostructuren alle zinkpolaire oriëntatie hebben.Tijdens een poging tot deze procedure, vergeet niet om zorgvuldig schoon het monster oppervlak zowel voor het kweken van de beryllium magnesium zinkoxide zinkoxide zinkoxide heterostructuren op gallium nitride sjabloon en voor het fabriceren van de Schottky contacten op de heterostructuren. Na deze procedure kunnen andere methoden zoals een RTM en XPS worden gebruikt om inzicht te krijgen in de aard van single-site silver interface op nanoschaal niveau. We veronderstellen dat de vorming van geleidend zilveroxide op de zinkoxide zilver interface resulteert in het stabiele Schottky contact.Daarom effent deze aanpak de weg naar een stabiel Schottky-contact met een hoge hoeveelheid op één locatie. Dit heeft gevolgen voor apparaten die afhankelijk zijn van Schottky contact met inbegrip van H-fase fotodetectoren en chemische en biosensoren. Vergeet niet de sterke oplosmiddelen en beryllium-bevattende verbindingen kan zeer gevaarlijk zijn.Chemische bescherming vistuig, een masker, en handschoenen, moet altijd worden gedragen tijdens deze procedure. Draag een stofmasker bij het laden en lossen van monsters voor MB groei. Er moet echter worden vermeld dat de totale hoeveelheid beryllium verdampt in het MB-systeem is een paar tienden van microgram, met de meeste van het begraven in de kamer muren in de vorm van beryllium-arme zink berylliumoxide.

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

Moleculaire Beam massaspectrometrie met afstelbare Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

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

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

Ohmse Contact Fabrication Met behulp van een Focused-Ion Beam Techniek en elektrische karakterisatie voor Layer halfgeleider nanostructuren

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

Preparation of ZnO Nanorod/Graphene/ZnO Nanorod Epitaxial Double Heterostructure for Piezoelectrical Nanogenerator by Using Preheating Hydrothermal

Voorbereiding van de ZnO nanorod / Grafeen / ZnO nanorod Epitaxiale Double heterostructuur voor piëzo-elektrische nanogenerator met behulp Voorverwarmen Hydrothermal

Well-aligned ZnO nanostructures have been intensively studied over the last decade for remarkable physical properties and enormous applications. Here, we ...

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

-Plasma ondersteunde Moleculaire bundel epitaxie van N-polaire InAlN-barrière High-elektron-mobiliteit Transistors

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

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

Experimentele implementatie van een nieuwe methode van de samengestelde Fabrication: bloot blote vezels op het samengestelde oppervlak door de zachte laag-methode

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

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

Gerichte Ion Beam fabricage van LiPON gebaseerde Solid-state Lithium-ion Nanobatteries voor het testen van In Situ

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

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

Productie en karakterisering van vacuüm gestort Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Enhanced Electron Injection and Exciton Confinement for Pure Blue Quantum-Dot Light-Emitting Diodes by Introducing Partially Oxidized Aluminum Cathode

Verbeterde Electron injectie en Exciton opsluiting voor zuivere blauwe Quantum-Dot-lichtdioden door de invoering van gedeeltelijk geoxideerd aluminium Cathode

Stable and efficient red (R), green (G), and blue (B) light sources based on solution-processed quantum dots (QDs) play important roles in next-generation ...

Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

Fabricage van flexibele beeldsensor op basis van laterale NIPIN fototransistoren

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

Demonstration of Equal-Intensity Beam Generation by Dielectric Metasurfaces

Demonstratie van gelijke-intensiteit Beam generatie door diëlektrische meta vlakken

The fabrication and characterization protocol for a metasurface beam splitter, enabling equal-intensity beam generation, is demonstrated. Hydrogenated ...