研究目的
采用原子层退火与外延(ALAE)技术在低温下实现高质量GaN异质外延生长,以解决传统方法中的热失配和晶格失配问题。
研究成果
ALAE技术成功实现在低温(300°C)下生长高质量GaN异质外延层,具有优异的晶体质量、光滑表面和低缺陷密度,适用于LED和太阳能电池等节能器件。未来工作可聚焦于工艺扩展及应用于其他材料。
研究不足
该技术在工业应用中可能存在可扩展性限制,高功率下可能产生等离子体诱导损伤,并且对特定等离子体条件具有依赖性。针对不同材料和基底需要进行优化。
1:实验设计与方法选择:
该研究采用低温低功率原位He/Ar等离子体处理的原子层退火外延技术(ALAE),在300°C下提升GaN晶体质量。该方法通过逐层生长结合等离子体处理实现退火效应。
2:样本选择与数据来源:
GaN外延层生长于(0001)蓝宝石衬底。样本包括未经ALA处理的参照组GaN及经不同等离子体处理的样本。
3:实验设备与材料清单:
设备包含等离子体ALD系统、XRD(PANalytical X’Pert Pro和Bruker D8)、高分辨透射电镜(Philips Tecnai F20 G2 FEI-TEM)、原子力显微镜(Bruker Dimension ICON)、俄歇电子能谱(JAMP-9510F场发射俄歇微探针,JEOL)、X射线光电子能谱(PHI VersaProbe)、椭偏仪(Elli-SE,Ellipso Technology)及霍尔效应测量装置。材料包括三甲基镓(TMGa)前驱体、N2/H2等离子体、He/Ar气体及蓝宝石衬底。
4:8)、高分辨透射电镜(Philips Tecnai F20 G2 FEI-TEM)、原子力显微镜(Bruker Dimension ICON)、俄歇电子能谱(JAMP-9510F场发射俄歇微探针,JEOL)、X射线光电子能谱(PHI VersaProbe)、椭偏仪(Elli-SE,Ellipso Technology)及霍尔效应测量装置。材料包括三甲基镓(TMGa)前驱体、N2/H2等离子体、He/Ar气体及蓝宝石衬底。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:ALAE循环包含TMGa脉冲、氩气吹扫、N2/H2等离子体、氩气吹扫及原位He/Ar等离子体处理。调控参数包括等离子体功率、氦氩比、生长温度及延迟时间。表征手段涵盖XRD、HRTEM、NBED、AFM、AES、XPS、椭偏仪及电学测量。
5:数据分析方法:
采用Scherrer公式计算晶粒尺寸,DigitalMicrograph软件分析NBED,XRD/XPS等采用标准技术,并通过统计分析评估晶体质量与性能。
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获取完整内容-
X-ray diffractometer
X’Pert Pro
PANalytical
Used for XRD measurements to evaluate crystal quality.
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X-ray diffractometer
D8
Bruker
Used for XRD measurements to evaluate crystal quality.
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Transmission electron microscope
Tecnai F20 G2
Philips FEI
Used for HRTEM and NBED to characterize microstructure and interface.
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Atomic force microscope
Dimension ICON
Bruker
Used to examine surface roughness of GaN layers.
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Auger electron spectrometer
JAMP-9510F
JEOL
Used for depth profile and chemical composition analysis.
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X-ray photoelectron spectrometer
VersaProbe
PHI
Used for XPS analysis of chemical bonding.
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Spectroscopic ellipsometer
Elli-SE
Ellipso Technology
Used to characterize refractive index and film thickness.
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Plasma ALD system
Used for growing GaN epilayers with in situ plasma treatment.
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