|
Oksidlangan kremniyda xlorid-gidrid epitaksiyasi bilan o'stirilgan GaN nanokristallarining raman va infraqizil spektroskopiyalari
|
| bet | 1/4 | | Sana | 07.02.2024 | | Hajmi | 35.13 Kb. | | #152752 |
Oksidlangan kremniyda xlorid-gidrid epitaksiyasi bilan o'stirilgan GaN nanokristallarining raman va infraqizil spektroskopiyalari
Abstrakt. Raman va infraqizil spektroskopiya usullari yordamida SiO2/Si (111)-substratda t \ U003d 520 C C da xlorid - gidrid epitaksiyasi bilan o'stirilgan nanokristalli GaN plyonkalari o'rganildi. gan nanokristallari oksidlangan kremniy yuzasida 10-2 nm/s tezlikda hosil bo'lishi aniqlandi. 566 sm−1 va A1 (LO) \ u003d 730 sm - 1 gan vürtsitining elastik tuzilishiga mos keladi. Infraqizil spektrlarda E1(TO) = 558 sm−1 bilan bog'liq cho'qqi paydo bo'lishi aniqlandi, bu nanokristallardagi elastik stresslar unchalik katta emasligini ko'rsatadi.
Nitrit-galliy epitaksial plyonkalar qisqa to'lqinli elektronika asboblarini yaratishda muhim rol o'ynaydi. Substrat uchun ideal materialning yo'qligi asosiy to'siq bo'lib, bu oluk o'tkazgich asosida yuqori samarali PR - cho'chqalarni olishda rogressni to'xtatadi. Turli xil mono kristallar (Al2O3, SiC, GaAs, Si) gan heteroepitaksial o'sishi uchun substrat sifatida faol ishlatiladi. Gan epi - taksial vürtsit qatlami va si substratining termal kengayish koeffitsientlari va panjara parametrlarining katta nomuvofiqligiga qaramay, gan - ning Si-mikro-elektronikaga qo'shilishi tufayli asboblarni yaratishda ikkinchisidan foydalanish juda jozibali.
So'nggi paytlarda nanoelektronika asboblari uchun potentsial material sifatida GaN nanokristal texnologiyasini ishlab chiqishga katta e'tibor qaratilmoqda. Nanokristallar [1,2], nanosimlar [3] GaN turli xil fizik yoki kimyoviy usullar bilan sintez qilingan, ammo kamar substratidagi GaN - nostrukturalarini o'rganishga bag'ishlangan deyarli hech qanday ish yo'q. Silikon substratdagi GaN epitaksial qatlamlari turli usullar bilan olinadi: yuqori vakuumda kimyoviy cho'kma [4], MOCVD [5] va HVPE [6]. Xlorid tizimidagi gaz fazali epitaksiyada past haroratlarda oksidlangan kremniy substratda GaN qatlamining shakllanishi nanokristalli adacıklar hosil bo'lishidan boshlanadi [7].
Si substratda o'stirilgan GaN qatlamlarining [8] va GaN nanokristallarining optik va elektron xususiyatlari haqida to'liq tasavvurga ega bo'lish uchun raman [3,9] va infra-qizil (IQ) [10] spektroskopiyalari muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda.
Ushbu ish oksidlangan kremniy substratida xlorid-gidrid epitaksi usuli bilan yetishtirilgan GaN nanokristallarining xususiyatlarini o'rganishga bag'ishlangan.
GaN heteroepitaksiyasi 1 Gts chastotada vodorod oqimi bilan aylanadigan 50 mm diametrli oldindan oksidlangan kremniy substratlarida amalga oshirildi. Oqimlarning nisbati H2 / NH3 \ u003d 2: 1, epitaksiyaning mavzusi t \ u003d 520 C C. heteroepitaksiyadan so'ng, atom kuchi mikroskopiyasi (AFM) yordamida xona haroratida atmosfera sharoitida gan nukleatsiya rasmini ro'yxatdan o'tkazish amalga oshirildi.
Raman spektrlari z(X, Y)z geometriyasi yordamida suratga olingan, bu erda z vürtsitning C o'qi bo'ylab yo'naltirilgan. Ideal GaN kristalli olti burchakli vürtsit tuzilishiga ega ekanligi ma'lum (c64v simmetriya fazo guruhi). 0-nuqtada optik fononlar kamaytirilmaydigan 0opt = A1(Z) + 2B + E1(X, Y) + 2e2 ko'rinishiga tegishli, bu erda x, Y, z — na - qutblanish qoidalari. Romanovskiy faol fononlar A1(Z), E1(X, Y) va E2 modlariga ega, B modlari esa soqov. aman o'lchovlari xona haroratida ko'p kanalli detektor bilan jihozlangan Dilor XY tizimining monoxromatori yordamida amalga oshirildi. Argon lazeri (λ = 514.5 nm) qo'zg'alish manbai sifatida ishlatilgan. Lazer dog'ining o'lchami 1 mkm va spektral o'lchamlari taxminan 2 sm−1 edi. Namunaga tushadigan nurlanish quvvati taxminan 20 MVtni tashkil etdi.
Infraqizil spektroskopiya Bruker ifs66 asbobida o'tkazildi.
Past haroratlarda oldindan oksidlangan kremniy substratida heteroepitaksial o'sish gan orolining uch o'lchovli yadrolanishidan boshlanadi, h orolining paydo bo'lish paytidagi balandligi uning asos radiusi r ga mos keladi [7]. Gan embrionlarining tarqalishi qoshiq yuzasida o'lchamlari bo'yicha o'zgaradi: o'sish vaqti 10 dan 200 minutgacha oshishi bilan o'rtacha h hajmi 15 dan 400 nm gacha chiziqli ravishda oshadi (rasm. 1, c–f ).
GaN nanokristallari uch xil h: 50, 200 va 400 nm bilan o'rganildi. Infraqizil spektroskopiya shuni ko'rsatdiki, h ≈ 200 nm va h ≈ 400 nm bo'lgan nanokristallarning spektrlari o'xshash va maksimal 1100 va 480 sm-1 cho'qqilaridan iborat bo'lib, biz Si bilan bog'lanamiz va maksimal 558 sm−1 bo'lgan cho'qqidan iborat. 2), h ≈ 50 nm bo'lgan nanokristal spektrida E1(TO) modasi tufayli tepalik yo'q.
Raman spektroskopiyasi GaN nanokristallarining xususiyatlarini ularning o'lchamiga qarab va ularning yuzasiga yuqori vakuumda kumush atomlarini qo'llashda aniqlash uchun ishlatilgan. O'lchamlari h ≈ 400 nm bo'lgan gan nanokristallari uchun mos ravishda E2(high) va A1(TO) mo - dami va 516 sm−1 cho'qqisi tufayli maksimal 566 va 730 sm - 1 pi−ki qayd etilgan. 1, b). H ≈ 50 va 200 nm bo'lgan na - nokristal spektrlari faqat maksimal 516 sm-1 cho'qqisiga ega edi (rasm. 1, a). O'rganilgan barcha nanokristallarni vakuumga qo'yishda va tavlanishdan keyin raman spektrlari dastlab faqat bitta cho'qqiga ega bo'lib, maksimal 516 sm−1 (rasm. 3), ammo Agni sirtga qo'llash jarayonida biz A1(LO) modasi bilan bog'laydigan maksimal ∼ 737 sm−1 cho'qqisi paydo bo'ldi. H ≈ 200 va 400 nm bo'lgan nanokristallar uchun Ag qo'llanilgandan so'ng, maksimal 716 sm−1 bo'lgan yana bir cho'qqi topildi. Ag atomlari haddan tashqari darajaga qo'llanganda, 516 sm-1 cho'qqisining intensivligi pasayib ketdi va 737 va 716 sm−1 cho'qqilarining intensivligi dastlab AG qoplamining qalinligi 3 nm ga ko'tarilib, keyin pasayib ketdi.
Ma'lumki, SiO2 / Si substratida GaN shakllanishining dastlabki bosqichida mos kelmaydigan dislokatsiyalar hosil bo'lishi bilan elastik va plastik deformatsiyaga moyil bo'lgan nanokristalli embrionlar hosil bo'ladi. Bunday plyonkalarning optik xususiyatlariga, nanokristalning holatidan tashqari, nanokristallar orasidagi muhitning holati (teshiklar, nuqsonlar, dislokatsiyalar) va amorf klasterlarning mavjudligi ham ta'sir qiladi. Shuning uchun raman va IQ spektrlarini tahlil qilish oson emas.
ASM o'lchovlaridan ko'rinib turibdiki, SiO2 yuzasida yangi embrionlar paydo bo'ladi va ularning o'lchamlari 10-2 sm/s tezlikda plyonkalarning o'sish vaqtining ko'payishi bilan chiziqli ravishda rivojlanadi (rasm. 1, e, f ). Orolning bunday kichik o'sish sur'ati epitaksiyaning past harorati (520 C C) va kremniy oksidi qatlamida GaN embrionining paydo bo'lishi uchun yuqori to'siq tufayli yuzaga keladi.
Infraqizil yutilish spektrlari ko'rsatadi (rasm. 2) H ≈ 50 nm o'lchamdagi GaN embrionlari uchun faqat si bilan bog'langan 480 va 1100 sm−1 cho'qqilari paydo bo'ladi [10] (rasm. 2, a) va H ≈ 200 va 400 nm bo'lgan gan embrionlari uchun 558 sm−1 cho'qqisi paydo bo'ladi, bu E1(TO) modasi bilan bog'liq [10] (rasm. 2, b, c). Shunga o'xshash 566 sm−1 cho'qqisi mualliflar tomonidan kuzatilgan [10] Si (001) substratda Mocvd me - todi tomonidan o'stirilgan 0,8 mikron qalinlikdagi GaN qatlamlarining ir spektro - skopiyasida. Bizning ishimizda olingan E1(TO) cho'qqisining eng past qiymatini qalinligi 0,8 mikron bo'lgan qatlamlardagi stresslarga nisbatan 400 nm o'lchamdagi nanokristallardagi kichikroq elastik stresslar bilan bog'lash mumkin.
Buning sababi shundaki, nanokristallarning kelib chiqishi Si [10] da bo'lgani kabi emas, balki kremniy oksidining amorf qatlamida sodir bo'ladi. Shuni ta'kidlash kerakki, Gallium hajmli nitridda E1(TO) modasi tufayli cho'qqining kattaligi nazariy hisob-kitoblarga ko'ra 557 sm−1 ni tashkil qiladi [10]. Shunday qilib, oksid qatlamining mavjudligi nafaqat Si3N4 hosil qilish uchun kremniyning ammiak bilan o'zaro ta'sirini oldini oladi, balki Si va GaN re - shetkalari parametrlarining farqi tufayli nanokristallarning elastik deformatsiyasini kamaytiradi.
Bunday nanokristallarning raman spektrlari IQ spektroskopiyasi ma'lumotlari bilan tasdiqlangan. Agar nano-kristallarning o'lchamlari GaN h ≈ 50, 200 nm bo'lsa, u holda si bilan bog'liq bo'lgan 516 sm - 1 cho'qqisi raman Speck−fuck-da namoyon bo'ladi. Va agar h ≈ 400 nm bo'lsa, unda A1(LO) modasi tufayli 566 sm - 1 Maxi−mum bilan cho'qqisi ham namoyon bo'ladi. 566.2 sm−1 ning eng yuqori cho'qqisi mualliflar tomonidan kuzatilgan [8] Si (111) substratda mocvd tomonidan o'stirilgan 2 mikron qalinlikdagi GaN qatlamlarini o'rganishda va uni qatlamning elastik kuchlanish holati bilan bog'lashda. Shunday qilib, hvpe usuli bilan o'stirilgan h ≈ 400 nm GaN/SiO2/Si (111) nanokristallarining raman spektroskopiyasi va mocvd usuli bilan o'stirilgan 2 mkm qalinlikdagi GaN/Si (111) qatlamlari o'xshash natijalarni ko'rsatadi, bu taxminan teng elastik kuchlanishlarni ko'rsatadi.
Yuqori vakuumga joylashtirilgan va t \ U003d 600 C C da yonib ketgan H \ U003d 400 nm bo'lgan gan nanokristallarining raman spektroskopiyasi 566 sm−1 cho'qqisining yo'q bo'lib ketishiga olib keladi, ammo kumush atomlarining qo'llanilishi barcha o'rganilayotgan nanokristallarda maksimal 737 sm-1 cho'qqining paydo bo'lishiga olib keladi. A1 (LO) modasi bilan [11] (rasm. 3). Qamal qilingan Kumushning miqdori 3-4 nm gacha oshishi bilan 737 sm−1 cho'qqisining intensivligi oshdi va maksimal 516 sm−1 cho'qqisining intensivligi pasaydi. H ≈ 400 nm bo'lgan nanokristallarning raman spektrlarida kumush cho'kishi bilan maksimal 716 sm−1 cho'qqisi ham paydo bo'ldi, biz uni aniqlay olmadik.
Shunday qilib, raman va infraqizil spektroskopiya usullari bilan oksidlangan kremniyda o'stirilgan GaN nanokristallari vürtsitning kuchli ayol tuzilishiga xos bo'lgan monokristal xususiyatlarini namoyon qilishi aniqlandi. Nanokristallarning past (∼10-2 sm/s) o'sish tezligi ularning o'lchamlarini boshqarishga imkon beradi va nitrid galliy nanoelektronikasi uchun yangi meta - da hvpe imkoniyatlarini ochadi.
|
|
Bosh sahifa
Aloqalar
Bosh sahifa
Oksidlangan kremniyda xlorid-gidrid epitaksiyasi bilan o'stirilgan GaN nanokristallarining raman va infraqizil spektroskopiyalari
|
