Analys av kontaktytor för ensamstående GaN Nanowire-enheter
Summary
En teknik utvecklades som tar bort Ni / Au kontaktmetallfilmer från deras substrat för att möjliggöra undersökning och karakterisering av kontakt / substrat och kontakt / NW gränssnitt enstaka GaN nanowire enheter.
Abstract
Single GaN nanowire (NW) anordningar tillverkade på SiO 2 kan uppvisa en stark nedbrytning efter glödgning på grund av förekomsten av tomrum bildning vid kontakt / SiO 2-gränssnitt. Detta tomrum bildning kan orsaka sprickbildning och delaminering av metallfilm, vilket kan öka motståndet eller leda till ett fullständigt misslyckande för NW-enheten. För att hantera frågor i samband med tomrum bildas, har en teknik utvecklats som tar bort Ni / Au kontaktmetallfilmer från substraten för att möjliggöra undersökning och karakterisering av kontakt / substrat och kontakt / NW gränssnitt enstaka GaN NW-enheter. Detta förfarande bestämmer graden av vidhäftning av kontakt filmer till substratet och NWS och tillåter för karakterisering av morfologin och sammansättningen hos kontaktgränssnittet med substratet och nanotrådar. Denna teknik är också användbar för att bedöma mängden av resterande föroreningar som återstår från NW suspensionen ennd från fotolitografiska processer på NW-SiO 2 yta före beläggning med metall. De detaljerade stegen i detta förfarande presenteras för borttagning av glödgade Ni / Au kontakter till Mg-dopade GaN NWS på en SiO 2 substrat.
Introduction
Single-NW enheterna är gjorda genom att dispergera en NW suspension på ett isolerande substrat och bildande kontaktkuddar på substratet genom konventionell fotolitografi och metallbeläggning, vilket resulterar i slumpartat två-terminalanordningar. En tjock SiO 2 film på en Si wafer används vanligen som ett isolerande substrat 1,2. För metaller avsatta på en SiO 2 yta, är ett vanligt problem som har uppstått genom värmebehandling förekomst av tomrumsbildning vid metall / SiO 2-gränssnitt. Förutom att sprickbildning och delaminering av metallfilm, kan detta tomrum bildningen negativt påverka enhetens prestanda från en ökning av motstånd som orsakas av en minskning av kontaktytan. Ni / Au kontakter oxiderade i N 2 / O 2 atmosfärer är den dominerande kontaktsystemet tillämpas på p-GaN 3-7. Under värmebehandling i en N 2 / O 2 diffunderar Ni till ytan för att bilda NiO och Au diffunderar ner tillsubstratytan.
I detta arbete var överdriven tomrum bildas vid kontakt / NW och kontakt / SiO 2 gränssnitt visat att inträffa under glödgning av Ni / Au-kontakter till NWS på SiO 2 8. Ytan morfologi glödgade Ni / Au-film, dock inte indikerar att det finns håligheter eller i vilken grad ogiltig bildning har inträffat. För att lösa detta problem har vi utvecklat en teknik för att avlägsna Ni / Au kontakter och GaN NWS från SiO 2 / Si substrat för att analysera gränssnittet i kontakt med underlaget och NWS. Denna teknik kan användas för avlägsnande av eventuella kontakt struktur som har dålig vidhäftning till substratet. De Ni / Au-filmer med GaN NWS inbäddade i dem tas bort från SiO 2 substrat med kol tejp. Kolet tejpen vidhäftas mot en standard stift Fäste för karakterisering genom användning av svepelektronmikroskopi (SEM) tillsammans med flera andra verktyg. Det detaljerade förfarandet för fabsmörjning av enstaka GaN NW-enheter och analys av deras kontaktyta morfologi beskrivs.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tekniken presenteras möjliggör analys av kontakt / substrat och kontakt / NW mikrostruktur av enstaka NW-enheter. De huvudsakliga fördelarna med denna teknik är dess låga kostnad och enkelhet. Det möjliggör för kvalitativ och kvantitativ analys av kontaktgränssnittet i stor skala med underlaget och på en mikrometerskala med enskilda NWS. Användningen av kol tejp för filmen avlägsnas och SEM stifttapparna för prov montering gör det möjligt för analys med användning av karakteriseringstekniker som kräve…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka för individerna i Kvantelektronik och fotonik Avdelningen för National Institute of Standards and Technology i Boulder, CO för deras hjälp.
Materials
| REAGENTS and MATERIALS | |||
| Lift-off resist | MicroChem | LOR 5A | Varies according to application |
| Photoresist | Shipley | 1813 | Varies according to application |
| Developer | Rohm and Haas Electronic Materials | MF CD-26 | Varies according to application |
| Photoresist stripper | MicroChem | Nano Remover PG | Varies according to application |
| Ni source | International Advanced Materials | 99.999% purity | |
| Au source | International Advanced Materials | 99.999% purity | |
| SiO2/Si wafers | Silicon Valley Microelectronics | 3-inch <100> N/As 0.001-0.005 Ohm-cm, 200 nm thermal oxide | |
| Carbon tape | SPI Supplies | 5072, 8 mm wide | |
| Solvents are standard semiconductor or research grade. Vendor is not important for the experimental outcome. | |||
| Reactive ion etch gases and thermal annealing gases are high purity grade. Vendor is not important for the experimental outcome. | |||
| EQUIPMENT | |||
| Ultrasonic cleaner | Cole-Palmer | EW-08849-00 | Low power |
| Micropipette | Rainin | PR-200 | Metered, disposal tips |
| Reactive ion etcher | SemiGroup | RIE 1000 TP | Other vendors also used with different process parameters |
| Mask aligner | Karl Suss | MJB3 | Other vendors also used with different process parameters |
| UV ozone cleaner | Jelight | Model 42 | Other vendors also used with different process parameters |
| E-beam evaporator | CVC | SC-6000 | Other vendors also used with different process parameters |
| * Manufacturers and product names are given solely for completeness. These specific citations neither constitute an endorsement of the product by NIST nor imply that similar products from other companies would be less suitable. |
References
- Lu, W., Lieber, C. M. Semiconductor nanowires. J. Phys. D: Appl. Phys. 39, R387-R406 (2006).
- Mater Res, A. n. n. u. R. e. v. . 34, 83-122 (2004).
- Pettersen, S. V., Grande, A. P., et al. Formation and electronic properties of oxygen annealed Au/Ni and Pt/Ni contacts to p-type. 22, 186-193 (2007).
- Chen, L. C., Ho, J. K., et al. The Effect of Heat Treatment on Ni/Au Ohmic Contacts to p-Type. 176, 773-777 (1999).
- Liday, J., et al. Investigation of NiOx-based contacts on p-GaN. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 19, 855-862 (2008).
- Narayan, J., Wang, H., Oh, T. H., Choi, H. K., Fan, J. C. C. Formation of epitaxial Au/Ni/Au ohmic contacts to p-GaN. Appl. Phys. Lett. 81 (21), 3978-3980 (2002).
- Ho, J. K., Jong, C. S., et al. Low-resistance ohmic contacts to p-type GaN achieved by the oxidation of Ni/Au films. J. Appl. Phys. Lett. 86 (8), 4491-4497 (1999).
- Herrero, A. M., Blanchard, P., et al. Microstructure evolution and development of annealed Ni/Au contacts to GaN nanowires. Nanotechnology. 23 (36), 5203.1-5203.10 (2012).
- Bertness, K. A., Roshko, A., Sanford, N. A., Barker, J. M., Davydov, A. V. Spontaneously grown GaN and AlGaN nanowires. J. Crystal Growth. 287, 522-527 (2006).
- Herrero, A. M., Bertness, K. A. Optimization of Dispersion and Surface Pretreatment for Single GaN Nanowire Devices. J. Vac. Sci. Tech. B. 30 (6), 2201.1-2201.5 (2012).
