研究目的
采用远程等离子体增强原子层沉积(RPEALD)技术沉积高质量氧化镓(Ga2O3)薄膜,通过NH3等离子体预处理提高沉积速率,并探索其界面特性以用于氮化镓基器件的潜在钝化。
研究成果
氨等离子体预处理通过增加衬底表面的羟基数量显著提高了Ga2O3薄膜的沉积速率,且不影响化学计量比和形貌。在低温下实现了Ga2O3与GaN的外延界面,为通过高质量钝化降低GaN基器件中的界面态密度提供了可能。
研究不足
NH3等离子体预处理可能会对GaN表面造成损伤或缺陷,略微降低外延Ga2O3薄膜的结晶质量。需要进行优化以减少等离子体轰击效应,从而提高外延生长质量。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用远程等离子体增强原子层沉积(RPEALD)技术沉积Ga2O3薄膜,并通过原位NH3等离子体预处理改性衬底表面,旨在提升沉积速率并改善半导体应用的界面质量。
2:样品选择与数据来源:
衬底包括2英寸n-Si(100)晶圆和GaN外延晶圆(约1×约1 cm2)。样品经丙酮、异丙醇、去离子水及特定溶液(硅用HF、GaN用NH4OH)进行异位清洗以去除自然氧化层。
3:实验设备与材料清单:
设备包含RPEALD系统(PICOSUN R-200 Advanced)、椭偏仪(M2000DI,J.A. Woollam)、高分辨透射电镜(HR-TEM,Tecnai G2 F20 S-Twin,FEI)、原子力显微镜(AFM,Dimension ICON,Burker)、X射线光电子能谱(XPS,PHI 5000 Versa Probe II,ULVAC-PHI)和飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS,IONTOF)。材料包括三甲基镓(TMG,5N纯度)、超高纯氧(O2,6N)、氮气(N2,5N)、氨气(NH3)以及硅和GaN衬底。
4:实验流程与操作步骤:
衬底经清洗后置入RPEALD腔室。原位NH3等离子体预处理在室温下进行(射频功率2000 W,13秒NH3等离子体,6秒N2吹扫,10-70个循环)。随后进行Ga2O3沉积,循环步骤为TMG脉冲(0.1秒)、N2吹扫(6秒)、O2等离子体(13-20秒,射频功率2800 W)和N2吹扫(6秒),温度范围100至400°C。通过椭偏仪、AFM、XPS、TOF-SIMS和HR-TEM表征薄膜厚度、形貌及成分。
5:1秒)、N2吹扫(6秒)、O2等离子体(13-20秒,射频功率2800 W)和N2吹扫(6秒),温度范围100至400°C。通过椭偏仪、AFM、XPS、TOF-SIMS和HR-TEM表征薄膜厚度、形貌及成分。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:数据分析包括使用CasaXPS软件拟合XPS光谱、通过椭偏仪和XPS角度分辨测量计算膜厚,以及采用SIMS进行深度剖析。虽未明确说明统计方法,但厚度估算使用了线性拟合。
独家科研数据包,助您复现前沿成果,加速创新突破
获取完整内容-
Ellipsometry
M2000DI
J.A. Woollam
Used to determine the thickness of Ga2O3 thin films.
-
HR-TEM
Tecnai G2 F20 S-Twin
FEI
Used for high-resolution transmission electron microscopy to analyze crystal quality and interface structure.
-
AFM
Dimension ICON
Burker
Used to characterize surface morphology and roughness of the films.
-
RPEALD system
PICOSUN R-200 Advanced
PICOSUN
Used for depositing Ga2O3 thin films via remote plasma-enhanced atomic layer deposition.
-
XPS
PHI 5000 Versa Probe II
ULVAC-PHI
Used for X-ray photoelectron spectroscopy to analyze chemical composition and bonding states.
-
TOF-SIMS
TOF-SIMS 5
IONTOF
Used for time-of-flight secondary ion mass spectroscopy to characterize impurities and depth profiles.
-
TMG
Used as the gallium precursor in the deposition process.
-
O2 gas
Used as the oxygen reactant in plasma form.
-
N2 gas
Used as carrier and purge gas.
-
NH3 gas
Used for plasma pretreatment of substrates.
-
登录查看剩余8件设备及参数对照表
查看全部