تصنيع شوتكي الثنائيات في هيتيروستروكتوري بيمجزنو/أكسيد الزنك Zn القطبية نمت تنضيد الحزمة الجزيئية مساعدة البلازما
Summary
تحقيق اتصالات شوتكي عالية الجودة أمر ضروري لتحقيق تعديل بوابة فعالة في هيتيروستروكتوري مجال تأثير الترانزستورات (هفيتس). نقدم منهجية التلفيق وخصائص شوتكي الثنائيات في هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك Zn القطبية مع الغاز إلكترون الأبعاد اثنين عالية الكثافة (2DEG)، نمت تنضيد الحزمة الجزيئية مساعدة البلازما في قوالب قان.
Abstract
هيتيروستروكتوري الميدانية تأثير الترانزستورات (هفيتس) استخدام قناة غاز (2DEG) إلكترون الأبعاد اثنين على إمكانيات كبيرة لتطبيقات الأجهزة عالية السرعة. أكسيد الزنك (أكسيد الزنك)، أشباه الموصلات مع bandgap واسعة (3.4 eV) وسرعة الإلكترون عالية التشبع قد اكتسب قدرا كبيرا من الاهتمام مادة جذابة للأجهزة عالية السرعة. مع ذلك، يتطلب كفاءة البوابة التحوير، اتصالات شوتكي عالية الجودة على طبقة الحاجز. في هذه المقالة، هذا اجرائنا تصنيع صمام ثنائي شوتكي على هيتيروستروكتوري بيمجزنو/أكسيد الزنك Zn القطبية مع 2DEG عالي الكثافة الذي يتحقق عن طريق التحوير السلالة، وإدماج عدد قليل في المئة نكون عبور الحاجز القائم على مجزنو أثناء النمو بحلول تنضيد الحزمة الجزيئية (MBE). لتحقيق جودة بلوري عالية، تستخدم تقريبا مطابقة شعرية عالية المقاومة في قوالب قان نمت بترسب البخار الكيميائي المعدن العضوي (أبخرة) كالركيزة لنمو طبقات أكسيد MBE اللاحقة. للحصول على المطلوبة الزنك-قطبية، حذراً من المعالجة السطحية لقان تستخدم قوالب والسيطرة على نسبة السادس/الثاني أثناء نمو منخفض درجة الحرارة طبقة التنو أكسيد الزنك. بمثابة أقطاب منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي اتصالات المقاومها، واقطاب Ag المودعة في البلازما2 س pretreated بيمجزنو السطح وتستخدم للاتصالات شوتكي.
Introduction
هيتيروستروكتوري الميدانية تأثير الترانزستورات (هفيتس) استناداً إلى اثنين إلكترون الأبعاد الغاز (2DEG) على إمكانيات واعدة للتطبيقات عالية السرعة الأجهزة الإلكترونية1،،من23. أكسيد الزنك (أكسيد الزنك) كأشباه الموصلات bandgap واسعة (3.4 eV) مع سرعة الإلكترون عالية التشبع قد اكتسب قدرا كبيرا من الاهتمام كمنصة هفيتس4،5. ثلاثي مجزنو المواد المستخدمة تقليديا الحاجز تستلزم محتوى مغ عال جداً (> 40%) نمت في الركازة انخفاض درجات الحرارة (300 درجة مئوية أو أقل)6،7، وعلى هذا النحو وهذه الهياكل ملائمة للحط من ضمن عمليات عالية الطاقة وخلال فترة العلاج الحراري، حتى ولو كانت كثافة تهمة غير المرغوب فيها في الجدار منخفضة بما يكفي للتحوير البوابة. للالتفاف على هذه العقبة، اقترحت واعتمدت بيمجزنو كالجدار الذي علامة سلالة في الجدار يمكن أن تنتقل من ضاغطة للشد عن طريق إدماج البريليوم (يكون)، مما يجعل عفوية وبيزوليكتريكبولاريزيشنز إلى تكون مضافة. نتيجة لذلك يمكن أن يتحقق تركيز 2DEG عالية مع محتوى مغ معتدلة نسبيا. استخدام هذا النهج، 2DEG عالية الكثافة ويلاحظ قرب مأكل مثل الطحين-لو فونون الرنين (~ 7 × 1012 سم-2) في هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك بينما محتوى مغ أدناه هو 30 في المائة ويكون المحتوى فقط في 2 ~ 3%8.
سبب مماثلة كريستال التماثل، والأشعة فوق البنفسجية والشفافية الضوء المرئي، يعمل على نطاق واسع قوي الخصائص الفيزيائية والكيميائية، والياقوت منخفضة التكلفة، ج-طائرة تنضيد قان وأكسيد الزنك. وبفضل التقدم الملحوظ المحرز في تكنولوجيا النمو القائم على قان الإلكترونية والأجهزة البصرية الإلكترونية على سفير، قوالب قان عالية الجودة يمكن بسهولة إنتاجها على ركائز الياقوت باستخدام AlN أو المخزن المؤقت لقان (LT) درجات الحرارة المنخفضة، على الرغم من أن عدم تطابق شعرية كبيرة من 16% مع ياقوت9. جيدا نسبيا يفهم النمو الفوقي لأكسيد الزنك، الذي يحتوي عدم تطابق شعرية في الطائرة أكبر من 18% مع الياقوت، متنوعة يا القطبية، بينما لا يتم تأسيس نمو مادة الزنك القطبية في وضع الأبعاد أيضا. بسبب عدم تطابق شعرية متوسطة 1.8 في المائة، تنضيد من أكسيد الزنك في غان بديلاً جذاباً.
أبخرة و MBE هي تقنيات ترسب أشباه الموصلات الأكثر نجاحا لاختلاق الأغشية الرقيقة عالية الجودة وهيتيروستروكتوريس مع إمكانية تكرار نتائج عالية. هو السبب الرئيسي الذي MBE أقل شعبية من أبخرة تنضيد قان بالتكلفة وعدم كفاية للإنتاج بالجملة. يمكن أن يكون معدل النمو في قان بأبخرة ميكرومتر عدة للساعة الواحدة، وعشرات من رقائق قطرها 2 بوصة (50 ملم) أو تلك كبيرا كما 6-8 “يمكن زراعتها في تشغيل واحد9. هنا، نحن أيضا اعتماد أبخرة للنمو لقان في دراستنا. لنمو هيتيروستروكتوريس المستندة إلى أكسيد الزنك، بيد تحقيق المزيد من التقارير المتعلقة بتشكيل 2DEG ب MBE في الوقت الحاضر قبل تسويق11،،من10التطبيقات المحتملة12. في الآونة الأخيرة، وقد وضعنا MBE نمو عالية الجودة أكسيد الزنك هيتيروستروكتوريس مع عنصر تحكم دقيقة من الأقطاب السطحية في قوالب قان Ga القطبية13. ووجد أن أكسيد الزنك مع الزنك ما قبل التعرض للمعاملة، طبقات الأقطاب الزنك المعروضة حتى نمت عند المنبسطة مع انخفاض نسب السادس/الثاني (< 1.5)، في حين أن تلك المنبسطة مع نسب السادس/الثاني أعلاه 1.5 معارضها س-الأقطاب. لتجنب قناة التوصيل المتوازي من خلال قوالب قان، اعتمدنا الكربون تعوض شبه العازلة أبخرة قان نمت تحت ظروف الضغط المنخفض في المخزن المؤقت AlN للنمو اللاحق لهياكل هفت المستندة إلى أكسيد الزنك.
قبل العمل لدينا14، كان هناك أي تقارير عن التحقيق شوتكي الثنائيات في هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك. أبلغ العديد من الدراسات عن اتصالات شوتكي مجزنو15،16، على سبيل المثال-، ومعامل ideality 2.37، حاجز ارتفاع 0.73 eV، وتصحيح نسبة 10 فقط3 15. واستخدمت مختلف شوتكي المعادن لأكسيد الزنك17، وفيما بينها، الفضة (Ag) قد اعتمدت على نطاق واسع، بسبب عالية نسبيا شوتكي حاجز ارتفاع 1.11 eV على معظم أكسيد الزنك مع عامل ideality 1.08 18.
في هذا العمل، ونحن نهدف إلى افتعال عالية الجودة شوتكي الثنائيات للتطبيقات في الأجهزة المستندة إلى أكسيد الزنك هفت عالية السرعة. ينطبق البروتوكول التالية على وجه التحديد على تلفيق الثنائيات “شوتكي” Ag/بيمجزنو/أكسيد الزنك بالشعاع الإلكتروني تبخر Ag على هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك نمت بمساعدة البلازما MBE في قوالب أودعت أبخرة قان.
Protocol
Representative Results
Discussion
يوفر إمكانية لضبط مدى وعلامة على الإجهاد في رباعي إدماج كتبها BeO في مجزنو شكل بيمجزنو رباعي وبالتالي يزيد بشكل ملحوظ في كثافة 2DEG8. وتظهر النتائج التمثيلية التي تكون0.02ملغ0.26ينتج أكسيد الزنك/أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري بكثافة 2DEG قريبة من مأكل مثل الطحين المطلوب-لو فونون الرنين إلكترون كثافة (~ 7 × 1012 سم-2)24. على الرغم من أن تنقل الإلكترون هيتيروستروكتوري تعتمد اعتماداً كبيرا على المعلمات MBE النمو مثل درجة حرارة الركازة والسادس/الثاني نسبة HT-أكسيد الزنك وطبقة الحاجز بيمجزنو، كثافة 2DEG ضعيفة تعتمد على ظروف النمو و يحددها أساسا يكون ومحتوى مغ في الحاجز.
يتم استخدام قالب قان لنمو هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك مع عالية الجودة البلورية نظراً لعدم تطابق شعرية متوسطة 1.8 في المائة بين غان، وأكسيد الزنك، مقارنة مع عدم تطابق شعرية كبيرة من 18 في المائة بين الياقوت وأكسيد الزنك. لتجنب أي قناة موصلة موازية، المهم أن مقاومة عالية في نطاق MΩ/ساحة لقالب قان. وفي حالتنا، ويتحقق ذلك بتزايد ضغط دائرة منخفضة من 76 ميلليمتر زئبق لتعزيز تعويض الكربون. لضمان مراقبة قطبية في هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك (الزنك-قطبية)، المعالجة السطحية حذراً من قالب قان أمر لا غنى عنه. أي أكسدة أو تلوث عرض أثناء إعداد على سطح قان من شأنه أن يحفز الزنك-ويا–ميكس-قطبية في هيتيروستروكتوريس حتى أن نسبة السادس/الثاني الحاسم < يتم استيفاء 1.5.
الدول أي تفاعل كيميائي بين المعادن وأشباه الموصلات، وجود الملوثات السطحية، وهي عيوب قرب السطح، ونشر المعادن إلى أشباه الموصلات المشاكل المشتركة في مجال تصنيع شوتكي جهات الاتصال. سجلت مجموعة متنوعة من الأساليب في الأدب لتحضير السطح من أكسيد الزنك لتلفيق شوتكي الاتصال. فيما بينها هي النقش النقش في HCl (أو الأحماض الأخرى)، المادية مع الأوزون الأشعة فوق البنفسجية التنظيف والمعالجة في ح2س2، ويا البلازما2 (أو خليط مع أنه) من ع+،، 25،،من2627 28-الإجراءات النقش تهدف لإزالة طبقة سطحية بسمك تتراوح بين بضعة نانومتر ميكرون وبالتالي لا يمكن تطبيق لأجهزة هفت. تنظيف الأوزون الأشعة فوق البنفسجية أو س2 بلازما الإجراء يزيل الطبقة السطحية فقط. ولذلك، ومناسب تماما لإعداد السطح لدينا هيتيروستروكتوريس بيمجزنو/أكسيد الزنك.
عادة ما تتحقق الاتصالات شوتكي بإيداع معدن عالية عمل دالة مثل Pd، Pt، الأشعة تحت الحمراء، إلخ. وفي المقابل، Ag لديه وظيفة العمل منخفضة من 4.26 eV. وعلى الرغم من ذلك، يمكن أن تظهر الأجهزة استخدام القطب Ag تصحيح السلوك نظراً لتشكيل طبقة أكسيد الفضة واجهة الناجم عن الأكسدة الجزئية من Ag مع الأكسجين من أكسيد الزنك مصفوفة. طبقة أكسيد المشكلة حتى يكون شفافاً بالنسبة للإلكترونات ووظيفة العمل أعلى بالمقارنة مع Ag. راجو وآخرون. وأفادت مهام العمل حوالي 5.5 eV آغو نمت بترسب الليزر النبضي (PLD)، وهو أعلى من 1.3 eV Ag، وعلى مقربة من السمة ل المشتريات، وحزب العمال، والأشعة تحت الحمراء29. نتائجنا تشير إلى أن هذا القطب Ag (مع س2 البلازما المعالجة على السطح من أكسيد الزنك هيتيروستروكتوري) معدن اتصال واعدة لتشكيل شوتكي الثنائيات.
لقد أظهرنا أسلوب لاختلاق جهات شوتكي عالية الجودة هفيتس المستندة إلى أكسيد الزنك. قالب قان أبخرة نمت مع إعداد السطح دقيق قبل MBE النمو وانخفاض نسبة السادس/الثاني < 1.5 خلال التنو أكسيد الزنك ضمان اتجاه قطبي الزنك هيتيروستروكتوريس المستندة إلى أكسيد الزنك ذات جودة عالية. أبخرة تقنية ناضجة تنضيد قان لمختلف التطبيقات المستخدمة على نطاق واسع. MBE الإجراء الموضح في هذا العمل يشير إلى كومبينابيليتي من تقنيات أبخرة و MBE، وأشباه الموصلات قان وأكسيد للأجهزة الإلكترونية. إدراج كمية صغيرة من يكون في نتائج طبقة الجدار بيمجزنو في هفيتس مع 2DEG عالية الكثافة وتنقل الإلكترون عالية وعالية الثبات الحراري، لتعزيز أداء عالية السرعة.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل بالقوات الجوية مكتب من العلمية للبحث (أفوسر) تحت منحة FA9550-12-1-0094.
Materials
| MOCVD | Emcore | customer build | |
| MBE | SVT Associates | ||
| TMAl | SAFC | CAS: 75-24-1 | |
| TMGa | SAFC | CAS: 1445-79-0 | |
| NH3 | The Linde group | CAS: 7664-41-7 | |
| H2 | National Welders Supply Co. | supplier part no. 335-041 | Grade 5.0 |
| O2 | National Welders Supply Co. | supplier part no. OX 300 | Industrial Grade Oxygen, Size 300 Cylinder, CGA-540 |
| Mg | Sigma-Aldrich | Product No.: 474754-25G | MAGNESIUM, DISTILLED, DENDRITIC PIECES, 99.998% METALS BASIS |
| Be | ESPI Metals | Stock No. K646b | Beryllium pieces, 3N |
| Zn | Alfa Aesar, Thermo Fisher Scientific Chemicals Inc. | Product No.: 10760-30 | Zinc shot, 1-6mm (0.04-0.24in), Puratronic, 99.9999% |
| Au | Kurt J. Lesker | part no. EVMAUXX40G | Gold Pellets, 99.99% |
| Ag | Kurt J. Lesker | part no. EVMAG40QXQ | Silver Pellets, 99.99% |
| Ti | Kurt J. Lesker | part no. EVMTI45QXQ | Titanium Pellets, 99.995% |
| Developer | Rohm and Haas electronic Materials LLC | MF-CD-26 | Material number 10018050 |
| Photoresist | Rohm and Haas electronic Materials LLC | SPR 955 | Material number 10018283 |
References
- Morkoc, H., Solomon, P. M. The hemt: A superfast transistor: An experimental GaAs-AlGoAs device switches in picoseconds and generates little heat. This is just what supercomputers need. IEEE spectrum. 21 (2), 28-35 (1984).
- Aktas, O., et al. Microwave performance of AlGaN/GaN inverted MODFET’s. IEEE Electron Device Letters. 18 (6), 293-295 (1997).
- Leach, J. H., et al. Effect of hot phonon lifetime on electron velocity in InAlN/AlN/GaN heterostructure field effect transistors on bulk GaN substrates. Applied Physics Letters. 96 (13), 133505 (2010).
- Sasa, S., et al. Microwave performance of ZnO/ZnMgO heterostructure field effect transistors. Physica status solidi (a). 208 (2), 449-452 (2011).
- Ye, D., et al. Enhancement-mode ZnO/Mg0.5Zn0.5O HFET on Si. Journal of Physics D: Applied Physics. 47 (25), 255101 (2014).
- Koike, K., et al. Molecular beam epitaxial growth of wide bandgap ZnMgO alloy films on (111)-oriented Si substrate toward UV-detector applications. Journal of Crystal Growth. 278 (1-4), 288-292 (2005).
- Du, X., et al. Controlled Growth of High-Quality ZnO-Based Films and Fabrication of Visible-Blind and Solar-Blind Ultra-Violet Detectors. Advanced Materials. 21 (45), 4625-4630 (2009).
- Ding, K., Ullah, M., Avrutin, V., Özgür, &. #. 2. 2. 0. ;., Morkoç, H. Investigation of high density two-dimensional electron gas in Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures. Applied Physics Letters. 111 (18), 182101 (2017).
- Ding, K., Avrutin, V., Özgür, &. #. 2. 2. 0. ;., Morkoç, H. III-Nitride Light-Emitting Diodes. Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering. , 1-21 (2017).
- Tsukazaki, A., et al. Quantum Hall effect in polar oxide heterostructures. Science. 315 (5817), 1388-1391 (2007).
- Tsukazaki, A., et al. Observation of the fractional quantum Hall effect in an oxide. Nat Mater. 9 (11), 889-893 (2010).
- Falson, J., et al. MgZnO/ZnO heterostructures with electron mobility exceeding 1 x 10(6) cm(2)/Vs. Sci Rep. 6, 26598 (2016).
- Ullah, M. B., et al. Polarity control and residual strain in ZnO epilayers grown by molecular beam epitaxy on (0001) GaN/sapphire. physica status solidi (RRL) Rapid Research Letters. 10 (9), 682-686 (2016).
- Ullah, M. B., et al. Characterization of Ag Schottky Barriers on Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO Heterostructures. physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters. , (2017).
- Lee, J. H., et al. Schottky diodes prepared with Ag, Au, or Pd contacts on a MgZnO/ZnO heterostructure. Japanese Journal of Applied Physics. 51 (9S2), 09MF07 (2012).
- Singh, R., et al. Investigation of barrier inhomogeneities and interface state density in Au/MgZnO: Ga Schottky contact. Journal of Physics D: Applied Physics. 49 (44), 445303 (2016).
- Brillson, L. J., Lu, Y. ZnO Schottky barriers and Ohmic contacts. Journal of Applied Physics. 109 (12), 121301 (2011).
- Müller, S., et al. Method of choice for fabrication of high-quality ZnO-based Schottky diodes. Journal of Applied Physics. 116 (19), 194506 (1945).
- Figge, S., Böttcher, T., Einfeldt, S., Hommel, D. In situ and ex situ evaluation of the film coalescence for GaN growth on GaN nucleation layers. Journal of Crystal Growth. 221 (1-4), 262-266 (2000).
- Han, J., Ng, T. -. B., Biefeld, R., Crawford, M., Follstaedt, D. The effect of H 2 on morphology evolution during GaN metalorganic chemical vapor deposition. Applied Physics Letters. 71 (21), 3114-3116 (1997).
- Berger, H. Models for contacts to planar devices. Solid-State Electronics. 15 (2), 145-158 (1972).
- Tampo, H., et al. Polarization-induced two-dimensional electron gases in ZnMgO/ZnO heterostructures. Applied Physics Letters. 93 (20), 202104 (2008).
- Ye, J. D., et al. Two-dimensional electron gas in Zn-polar ZnMgO/ZnO heterostructure grown by metal-organic vapor phase epitaxy. Applied Physics Letters. 97 (11), 111908 (2010).
- Šermukšnis, E., et al. Hot-electron energy relaxation time in Ga-doped ZnO films. Journal of Applied Physics. 117 (6), 065704 (2015).
- Singh, C., Agarwal, G., Rao, G. D., Chaudhary, S., Singh, R. Effect of hydrogen peroxide treatment on the electrical characteristics of Au/ZnO epitaxial Schottky diode. Materials Science in Semiconductor Processing. 14 (1), 1-4 (2011).
- Mohanta, S., et al. Electrical characterization of Schottky contacts to n-MgZnO films. Thin Solid Films. 548, 539-545 (2013).
- Schifano, R., Monakhov, E., Grossner, U., Svensson, B. Electrical characteristics of palladium Schottky contacts to hydrogen peroxide treated hydrothermally grown ZnO. Applied Physics Letters. 91 (19), 193507 (2007).
- Ip, K., et al. Improved Pt/Au and W/Pt/Au Schottky contacts on n-type ZnO using ozone cleaning. Applied Physics Letters. 84 (25), 5133-5135 (2004).
- Raju, N. R. C., Kumar, K. J., Subrahmanyam, A. Physical properties of silver oxide thin films by pulsed laser deposition: effect of oxygen pressure during growth. Journal of Physics D: Applied Physics. 42 (13), 135411 (2009).
