氨化温度对氨化Ga2O3-Al膜制备GaN纳米结构材料的影响

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庄惠照筹:氨化温度对氨化Ga20,/Al膜制备GaN纳米结构材料的影响331氨化温度对氨化Ga203/Al膜制备GaN纳米结构材料的影响。

庄惠照,胡丽君,薛成山,薛守斌

(出东师范大学半导体研究所,出东济南250014)

摘.耍:采用磁控溅射的方法在Si(111)前底上溅射沉积了G龟。3/Al膜,箦透过氨讫的方法在Si(111>霉底上获得了GaN纳米结构材料,研究了不同的氯化温度对生成GaN纳米结构材料的影响。对样品避行了缚立叶红夕}吸牧(F零lR)、X射线耱褰(XRD)、缸猫电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及高分辨电镜(HR—TEM)测试,分析了不同温度对GaN样品的结构、组分争影貌等转褴镑影响。结果表锈,薅该方法在950℃的氨化温度下得到了大量的六方GaN纳米棒。关键词:Ga203/Al膜;GaN纳米棒;氮化;磁控溅射中图分类号:TN304.2;TB34文献标识鹤:A 文章编号:1001-9731(2008)02-0331—03

1引言

最近lo年来,GaN以及其它的IlI—V族化食物材料越来越多的引起人们的重视,成为人们研究的热点枋辩。GaN作势一秘宽蘩带直接带隙半导体材料,禁带宽度为3.39eVf¨,与其它材料形成的固溶体可以实现带隙从1.9~6.2eV的连续可调,是实现整个可见光波段翔紫外光波段裁作半导体激光瑗想材瓣。由予半导体纳米材料裘现出的不同寻常的性质,GaN纳米材料及其相关器件的研制也引起了人们的浓厚兴趣,曾有掇道豫纳米线、纳米棒翻缡米最须将是未来lo年内科研新的立足点瀚。GaN纳米线在高电子迁移纳米器件、全色平板现实等器件领域具有广泛的应用前途o]。但是鉴予嚣蕊上在GaN材料的铡备上存在的诸多闷题:体单晶只能在异质材料上外延生长,品格失配和热膨胀系数大,价格昂贵等“.5]。我们尝试在Si 单晶树底上使用金属Al终缓{中层来铡备GaN纳米材料,该方法的优点在于设备简单,价格低廉,褥戮GaN 纳米结构材料的数量巨大,同时由予Si基技术发展成熟,使予Si基器件的集成。本文主要研究溅射氮化法裁备GaN缡米榜料时,氨诧温度对GaN纳米材辩生长的影响。

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2实验

溅射前Si(111)衬底先由山东大学光电所器件清洗中心用DZ-I,D参2两种清洗剂在超声容器巾分别清洗10rain,去离子东狰洗2min。然詹去离子承超声冲洗10min,最后用去离子水冲洗干净,乙醇脱水,烘干。使用JCK-500A型磁控溅射仪在衬底上溅射沉积Gaz侥/Al貘,溅射豹参数如下:背景真空3。2X10一Pa,冲入氧气气压2Pa,功率150W。在溅射Al和Ga203靶翦,分别预溅5min以除去表筒杂质,Al和Ga。。s溅射膜厚分别为20和500nm。溅射完成祷冷却至室温后将样品取出,放置程石英舟上用L4513—2/ Qwz型管式石英炉对样品进行氨化15min。氨化过程中保持氨气流量500ml/min,在氨诧翦后分割通氮气5min,保持流量700ml/min,以驱除管式炉内的残余气体。样晶在石英炉中停黧冷却至室温后取出,表面呈淡黄色。

采用Rigaku D/max-rB型X射线(XRD)衍射仪(CuKa辐射波长,0.154178nm),Bruker公司的Ten-sor27登傅立时红外光谱仪(FTIR,渡数范围为400---, 1500cml),Hitachi H一8010型扫描电镜、Hitachi H一800型透射电镜以及北京大学Tecnai F30赢分辨电镜对样品进行了结构,纽分帮磊格结构等的表征和分析。

3结果与讨论

图l所示的最溅射裁备的Ga。03/Al膜在(a> 850℃、(b)900℃、(c)950℃和(d)1000℃4种温度下氨他15min褥到样品的XRD匿谱。在20=32.4、34.6和36.8。使置处均出现了明显的衍射峰,根据X射线衍射谱标准手册,它们分别对应于六方GaN的(100)、(002)和<101)曩瑟衡射嘲,这表明溅射沉积在Al缓冲层上的Ga。03薄膜被氨化成GaN,并且随温度的变化,各衍射峰的强度出现了明显的变化。在950.C时达到最大德,说舞在该湿度下稍备的GaN具有较好鹣结晶质量。图1(a)蹴现了Ga。03的衍射峰,说明在该温度下的Ga。03薄膜的氨化反应不完全。图1(b)巾哭有GaN豹衍射峰,说明该溢度下氮化成戆GaN是生成物的主要成分。图1(c)中的衍射峰的强度是最大的,并且除了GaN的衍射峰外没有发现其他物质的衍射峰。图l(d>中臻褒了rAlz铙的衔射峰,试势是Al膜微量氧化生成的。

图2(a)、(b)、(c)和(d)分别为氨化温度为850、900、950纛1000.c鹃GaN表霹形貌。露2(8)中在850℃温度下只在表面形成少量的GaN颗粒。图2

?豢金凌曩:国家垂然辩学纂金重大弱究计捌资韵磺囊(90201025;90301002)

||雯翻初稿蠢期:2007-07-06牧到掺羧疆曩絮:2007-11—27透讯终卷:庄惠照作者简介:庄惠照(1954--),女.山求济南人.副教授.从事宽禁半导体材料及器件的研究.

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庄惠照筹:氨化温度对氨化Ga20,/Al膜制备GaN纳米结构材料的影响 331 氨化温度对氨化Ga203/Al膜制备GaN纳米结构材料的影响。

庄惠照,胡丽君,薛成山,薛守斌 (出东师范大学半导体研究所,出东济南250014) 摘.耍:采用磁控溅射的方法在Si(111)前底上溅射 沉积了G龟。

3/Al膜,箦透过氨讫的方法在Si(111>霉 底上获得了GaN纳米结构材料,研究了不同的氯化温 度对生成GaN纳米结构材料的影响。

对样品避行了 缚立叶红夕}吸牧(F零lR)、X射线耱褰(XRD)、缸猫电 镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及高分辨电镜(HR— TEM)测试,分析了不同温度对GaN样品的结构、组 分争影貌等转褴镑影响。

结果表锈,薅该方法在 950℃的氨化温度下得到了大量的六方GaN纳米棒。

关键词:Ga203/Al膜;GaN纳米棒;氮化;磁控溅射 中图分类号: TN304.2;TB34 文献标识鹤:A 文章编号:1001-9731(2008)02-0331—03 1 干。

使用JCK-500A型磁控溅射仪在衬底上溅射沉积 Gaz侥/Al貘,溅射豹参数如下:背景真空3。

2 Ga2 X 10一 Pa,冲入氧气气压2Pa,功率150W。

在溅射Al和 03靶翦,分别预溅5min以除去表筒杂质,Al和 Ga。

s溅射膜厚分别为20和500nm。

溅射完成祷冷 却至室温后将样品取出,放置程石英舟上用L4513—2/ Qwz型管式石英炉对样品进行氨化15min。

氨化过 程中保持氨气流量500ml/min,在氨诧翦后分割通氮 气5min,保持流量700ml/min,以驱除管式炉内的残 余气体。

样晶在石英炉中停黧冷却至室温后取出,表 面呈淡黄色。

采用Rigaku D/max-rB型X射线(XRD)衍射仪 (CuKa辐射波长,0.154178nm),Bruker公司的Ten- sor27登傅立时红外光谱仪(FTIR,渡数范围为400---, 1500cml),Hitachi H一8010型扫描电镜、Hitachi H一 引 言 最近lo年来,GaN以及其它的IlI—V族化食物材 料越来越多的引起人们的重视,成为人们研究的热点 枋辩。

GaN作势一秘宽蘩带直接带隙半导体材料,禁 带宽度为3.39eVf¨,与其它材料形成的固溶体可以实 现带隙从1.9~6.2eV的连续可调,是实现整个可见 光波段翔紫外光波段裁作半导体激光瑗想材瓣。

由予 半导体纳米材料裘现出的不同寻常的性质,GaN纳米 材料及其相关器件的研制也引起了人们的浓厚兴趣, 曾有掇道豫纳米线、纳米棒翻缡米最须将是未来lo年 内科研新的立足点瀚。

GaN纳米线在高电子迁移纳 米器件、全色平板现实等器件领域具有广泛的应用前 途o]。

但是鉴予嚣蕊上在GaN材料的铡备上存在的 诸多闷题:体单晶只能在异质材料上外延生长,品格失 配和热膨胀系数大,价格昂贵等“.5]。

我们尝试在Si 单晶树底上使用金属Al终缓{中层来铡备GaN纳米材 料,该方法的优点在于设备简单,价格低廉,褥戮GaN 纳米结构材料的数量巨大,同时由予Si基技术发展成 熟,使予Si基器件的集成。

本文主要研究溅射氮化法 裁备GaN缡米榜料时,氨诧温度对GaN纳米材辩生 长的影响。

\ 800型透射电镜以及北京大学Tecnai F30赢分辨电镜 对样品进行了结构,纽分帮磊格结构等的表征和分析。

3结果与讨论 图l所示的最溅射裁备的Ga。

03/Al膜在(a> 850℃、(b)900℃、(c)950℃和(d)1000℃4种温度下氨 他15min褥到样品


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