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等离子增强原子层沉积低温生长AlN薄膜

物理学报 2013年第11期62卷 436-441页

作者：冯嘉恒唐立丹刘邦武夏洋王冰辽宁工业大学锦州121001 中国科学院微电子器件与集成技术重点实验室北京100029

采用等离子增强原子层沉积技术在单晶硅基体上成功制备了AlN晶态薄膜,利用椭圆偏振仪、原子力显微镜、小角掠射X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析... 详细信息

采用等离子增强原子层沉积技术在单晶硅基体上成功制备了AlN晶态薄膜,利用椭圆偏振仪、原子力显微镜、小角掠射X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析,结果表明,采用等离子增强原子层沉积制备AlN晶态薄膜的最低温度为200C,薄膜表面平整光滑,具有六方纤锌矿结构与(100)择优取向,Al2p与N1S的特征峰分别为74.1eV与397.0eV,薄膜中Al元素与N元素以Al-N键相结合,且成分均匀性良好.

关键词：氮化铝等离子增强原子层沉积低温生长晶态薄膜

柔性衬底上使用等离子增强原子层沉积制备的氮化镓薄膜物性分析

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半导体光电 2018年第6期39卷 819-823,827页

作者：李美玲何荧峰卫会云刘三姐仇鹏宋祎萌安运来彭铭曾郑新和北京科技大学数理学院应用物理系北京100083

采用等离子增强原子层沉积技术(PE-ALD)在350℃温度下,在KAPTON柔性衬底上直接生长出多晶GaN薄膜。利用低角度掠入射X射线衍射仪、AFM、SEM、TEM、XPS对薄膜的晶体结构、表面形貌及薄膜成分进行了表征和分析。结果表明,薄膜呈多晶态,且... 详细信息

采用等离子增强原子层沉积技术(PE-ALD)在350℃温度下,在KAPTON柔性衬底上直接生长出多晶GaN薄膜。利用低角度掠入射X射线衍射仪、AFM、SEM、TEM、XPS对薄膜的晶体结构、表面形貌及薄膜成分进行了表征和分析。结果表明,薄膜呈多晶态,且具有良好的均匀性;薄膜中的N元素全部以N-Ga键形式存在;大部分Ga元素以Ga-N键形式构成GaN;少量的Ga元素分别以Ga-Ga键和Ga-O键形式构成金属镓以及Ga2O_3。研究发现,虽然KAPTON具有较好的耐高温性,但GaN会反向扩散进入KAPTON衬底,形成具有一定厚度的GaN扩散层。

关键词：氮化镓柔性衬底等离子增强原子层沉积反向扩散

GaN薄膜的等离子增强原子层沉积法制备及其性能研究

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GaN薄膜的等离子增强原子层沉积法制备及其性能研究

作者：李佳华南理工大学

学位级别：硕士

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,具有优异的光电特性,在紫外光电探测器、发光二极管、高电子迁移率晶体管、5G射频器件等新兴领域有着广泛的应用。等离子增强原子层沉积(PEALD)是一种新型的薄膜材料沉积技术,具有低... 详细信息

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,具有优异的光电特性,在紫外光电探测器、发光二极管、高电子迁移率晶体管、5G射频器件等新兴领域有着广泛的应用。等离子增强原子层沉积(PEALD)是一种新型的薄膜材料沉积技术,具有低温生长、膜厚可控、薄膜均匀性高的优势。因此,有望通过PEALD技术实现高质量GaN薄膜的低温外延生长,从而扩展GaN薄膜材料在柔性光电器件领域的应用。本论文采用PEALD技术沉积GaN薄膜,系统地研究了影响GaN薄膜生长的主要因素,揭示了薄膜的生长机理;通过衬底表面原位氮等离子体处理实现了高质量GaN原子层外延;通过快速热退火处理进一步提高了GaN外延膜的质量。本论文的主要研究内容如下:第一,优化了PEALD在Si(100)衬底上生长GaN薄膜的生长工艺,揭示了薄膜生长机理。系统研究了生长温度、N/H脉冲时间、N/H气流量、等离子体射频功率对薄膜生长速率、晶体结构及表面形貌的影响。研究表明,GaN薄膜的生长机理随PEALD参数的变化而不同,GaN薄膜初始生长阶段为岛状生长,随等离子体射频功率的增大,GaN薄膜从岛状生长模式向层状生长模式转变。当生长温度、N/H脉冲时间、N/H气流量、等离子体射频功率分别为320℃、30 s、30 sccm、180 W时,薄膜晶体质量最高,沿(002)晶面择优取向生长,(002)晶面衍射峰的半高宽为0.593°,C、O杂质含量分别为5.2 at%和12.7 at%。第二,通过衬底表面N等离子体原位处理实现了高质量GaN薄膜的低温外延。分别对Si和蓝宝石衬底表面进行N等离子体预处理,有效改善了界面状态,薄膜晶体质量和光电性能显著提高。其中,GaN/蓝宝石薄膜沿(002)晶面高度择优取向生长,半高宽为0.410°,光学带隙为3.48 e V,C、O杂质含量分别低至1.4 at%、3.8 at%,薄膜呈n型导电,载流子迁移率为13.04 cm·V·s。第三,采用快速热退火处理的方式进一步提高薄膜晶体质量。研究发现,在与GaN晶格失配度更低的蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜质量优于GaN/Si。在750℃退火温度、N退火气氛下薄膜质量最佳:沿(002)晶面高度择优取向生长,半高宽及薄膜的应变分别低至0.238°、0.0015;薄膜中Ga元素主要与N元素以Ga-N键生成GaN,Ga/N原子比为1.03,C、O杂质含量分别低至1.2 at%、3.6 at%;光学带隙为3.41 e V;薄膜呈n型导电,载流子浓度为6.895×10cm,载流子迁移率高达151.8 cm·V·s。

关键词：氮化镓等离子增强原子层沉积外延膜衬底表面处理快速热退火

GaAs衬底上等离子体增强原子层沉积GaN薄膜

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半导体光电 2023年第4期44卷 573-579页

作者：邱洪宇王馨颐段彰仇鹏刘恒朱晓丽田丰卫会云郑新和北京科技大学数理学院应用物理系北京100083

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在斜切的砷化镓(GaAs)衬底上低温沉积了氮化镓(GaN)薄膜,对生长过程、表面机制以及界面特性等进行分析,得到GaN在215~270℃的温度窗口内生长速度(Growth-Per-Cycle, GPC)为0.082 nm/cycle,并从表... 详细信息

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在斜切的砷化镓(GaAs)衬底上低温沉积了氮化镓(GaN)薄膜,对生长过程、表面机制以及界面特性等进行分析,得到GaN在215~270℃的温度窗口内生长速度(Growth-Per-Cycle, GPC)为0.082 nm/cycle,并从表面反应动力学和热力学方面对GPC的变化进行了分析。研究发现,生长的GaN薄膜为多晶,具有六方纤锌矿结构,且出现(103)结晶取向。在GaN/GaAs界面处观察到约1 nm厚的非晶层,这可能与生长前衬底表面活性位点的限制和前驱体的空间位阻效应有关。值得注意的是,在沉积的GaN薄膜中,所有的N皆与Ga以Ga-N键结合生成GaN,但是存在少部分Ga形成了Ga-O键和Ga-Ga键。这种成键方式,可能与GaN薄膜中存在的缺陷和杂质有关。

关键词：等离子增强原子层沉积氮化镓砷化镓衬底低温

PEALD沉积温度对AlN的结构和表面特性的影响（英文）

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红外与激光工程 2016年第4期45卷 212-215页

作者：陈芳方铉王双鹏牛守柱方芳房丹唐吉龙王晓华刘国军魏志鹏长春理工大学光电工程学院高功率半导体激光国家重点实验室吉林长春130022 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130022 南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心广西南昌330047

研究通过等离子增强原子层沉积（PEALD）在不同沉积温度下生长的A1N温度对其特性的影响。前驱体是NH3和TMA，在300oC、350oC和370oC沉积温度下分别沉积了200、500、800、1000、1500周期的A1N层，并讨论了A1N薄膜的生长速率、结晶化和表... 详细信息

研究通过等离子增强原子层沉积（PEALD）在不同沉积温度下生长的A1N温度对其特性的影响。前驱体是NH3和TMA，在300oC、350oC和370oC沉积温度下分别沉积了200、500、800、1000、1500周期的A1N层，并讨论了A1N薄膜的生长速率、结晶化和表面粗糙度。结果表明，在300—370℃范围内，随着温度的上升薄膜的沉积速率和结晶化增加，而薄膜表面粗糙度减小。

关键词：氮化铝等离子增强原子层沉积生长速率结晶化表面粗糙度沉积温度

衬底表面处理对原子层沉积法生长GaN薄膜的影响

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半导体光电 2021年第3期42卷 375-379,417页

作者：李佳王文樑季小红华南理工大学材料科学与工程学院广州510641

采用等离子增强原子层沉积技术于蓝宝石衬底上生长GaN薄膜,研究氮等离子体预处理衬底对薄膜结晶性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪等手段对薄膜的晶体结构、表面形貌及薄膜成分进行表征和... 详细信息

采用等离子增强原子层沉积技术于蓝宝石衬底上生长GaN薄膜,研究氮等离子体预处理衬底对薄膜结晶性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪等手段对薄膜的晶体结构、表面形貌及薄膜成分进行表征和分析。结果表明,经预处理的蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜晶体质量明显提高,沿c轴高度择优取向生长;光学带隙约为3.48eV;薄膜呈n型导电特性,电阻率为2.551×10^(-2)Ω·cm,载流子浓度高达1.876×10^(19)cm^(-3),迁移率为13.04cm^(2)·V^(-1)·s^(-1);薄膜中Ga元素主要与N元素以Ga-N键生成GaN。

关键词： GaN 等离子增强原子层沉积外延膜衬底预处理

不同退火条件对PEALD制备的Ga_(2)O_(3)薄膜特性的影响

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人工晶体学报 2021年第5期50卷 838-844页

作者：马海鑫丁广玉邢艳辉韩军张尧崔博垚林文魁尹浩田黄兴杰北京工业大学微电子学院光电技术教育部重点实验室北京100124 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米器件与应用重点实验室苏州215123

利用等离子增强原子层沉积技术(PEALD)在c面蓝宝石衬底上制备了氧化镓(Ga_(2)O_(3))薄膜,研究了退火气氛(v(N_(2))∶v(O_(2))=1∶1(体积比)、空气和N_(2))及退火时间对Ga_(2)O_(3)薄膜晶体结构、表面形貌和光学性质的影响。研究结果表明... 详细信息

利用等离子增强原子层沉积技术(PEALD)在c面蓝宝石衬底上制备了氧化镓(Ga_(2)O_(3))薄膜,研究了退火气氛(v(N_(2))∶v(O_(2))=1∶1(体积比)、空气和N_(2))及退火时间对Ga_(2)O_(3)薄膜晶体结构、表面形貌和光学性质的影响。研究结果表明,退火前的氧化镓处于亚稳态,不同退火气氛下退火后晶体结构发生明显改变,而且退火气氛中N_(2)比例增加有利于Ga_(2)O_(3)重结晶。在N_(2)气氛下退火达到30 min,薄膜结构已由亚稳态转变成择优取向的β-Ga_(2)O_(3)。而且表面形貌分析表明,退火30 min后表面形貌开始趋于稳定,表面晶粒密度不再增加。另外实验样品在400~800 nm的平均透射率几乎是100%,且光吸收边陡峭。采用N_(2)气氛退火,对于富氧环境下沉积的Ga_(2)O_(3)更利于薄膜表面原子迁移,以及择优取向Ga_(2)O_(3)重结晶。

关键词：氧化镓退火条件等离子增强原子层沉积晶体结构表面形貌光学性质