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O2流量对RF磁控溅射Ga2O3生长性能的影响
来源: | 作者:vpichina | 发布时间: 2023-01-29 | 803 次浏览 | 分享到:
研究了RF磁控溅射技术中O2流量对氧化镓(Ga2O3)性能的影响。采用x射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射光谱和光致发光(PL)光谱对Ga2O3薄膜进行了研究。随着氧流量的增加,Ga2O3样品的晶体质量和发光强度均先降低后增强。所有这些观察结果都表明,氧缺陷密度的降低是材料晶体质量和发射强度提高的原因。结果表明,通过调节氧流量可以获得高质量的Ga2O3材料。

介绍

近年来,氧化镓(Ga2O3)及其相关化合物(AlxGa2-XO3, InxGa1-x)2O3因其优异的电学和光电特性而引起广泛关注,如宽的基带隙(4.5-5 eV) 755 V的高关态击穿电压,10.2 - 14.2的高介电常数,2790 cm2 V1 s1的高迁移率。目前,Ga2O3已广泛应用于太阳盲紫外探测、大功率开关、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET)、高温气体传感器等多个领域。


Ga2O3通常以α、β、γ、δ、ε和k六种不同的多形性结构存在,其中β-Ga2O3被认为是最稳定的相,在高温下可以由其他相转化而成。目前,β-Ga2O3的生长方式有多种,包括RF溅射、MBEMOCVD、化学气相沉积等。RF磁控溅射是一种相对经济的沉积技术,与上述技术相比,它对薄膜的化学计量和均匀性有足够的控制。目前研究最多的是衬底温度、氧/氩分压和溅射功率等生长参数对Ga2O3性能的影响。然而,在固定Ar流量下,O2流量对反应性RF磁控溅射沉积β-Ga2O3薄膜结构和光学性能的影响却鲜有报道。由于生长过程中的缺氧会在氧化物半导体材料中诱发氧空位,因此氧空位会影响氧化物半导体薄膜的光学和电学性能。因此,研究O2流量对RF磁控溅射沉积Ga2O3薄膜特性的影响具有重要意义。

本文采用RF磁控溅射的方法对β-Ga2O3进行了生长,详细研究了O2流量对β-Ga2O3结构和光学特性的影响。随着O2流量的增加,β-Ga2O3样品的紫外发射性能得到了改善。通过仔细观察PL谱结合XRD结果,对β-Ga2O3薄膜的增强发光机理进行深入研究。预计这项工作将为制备高质量β-Ga2O3薄膜提供有意义的一步。

 

材料与方法

采用RF磁控溅射系统在单抛光c(0006)蓝宝石衬底上生长Ga2O3样品。采用纯度为99.99%的烧结陶瓷Ga2O3靶材作为靶材。在生长前,蓝宝石衬底首先在乙醇中用超声波振动清洗,然后在高纯水中清洗。氩气流量设定为30 sccm,压力设定为0.8 Pa。溅射功率调整为80 w,样品与靶材之间的距离为760 mm。真空室基础压力达到5.6 × 104 PaAr流量在30 sccm时保持恒定。在实验中,将O2流速分别设定为0 sccm1 sccm2 sccm4 sccm。将其他参数的影响降到最低。