Z.R. Żytkiewicz IF PAN I Konferencja. InTechFun

Transkrypt

1 Z.R. Żytkiewicz IF PAN I Konferencja Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych InTechFun 9 kwietnia 2010 r., Warszawa POIG /08

2 InTechFun Pakiet zadaniowy: PZ1. Nowe Materiały Lider: ITE Partnerzy: IF PAN, PŚl Czas trwania: M1 M54 Zadanie 1.2: Opracowanie technologii wzrostu MBE warstw buforowych GaN na podłożu Si wybór optymalnej konfiguracji i warunków wzrostu niskotemperaturowego bufora analiza strukturalna warstw GaN technikami XRD, TEM i AFM do

3 układ do wzrostu GaN techniką Plasma Assisted MBE (PAMBE) Podwójny układ MBE Compact 21 ZnO GaN Mostly olecular Broken eam Equipment pitaxy

4 stabilność temperatury podłoża GaN/szafir 674 montaż podłóż na In T piro [C] Czas (min)

5 stabilność temperatury podłoża GaN/szafir T piro [C] Czas desorpcji Ga [s] pomiar desorpcji Ga z powierzchni podłoża montaż podłóż na In Czas (min) 30 Niestabilne warunki termiczne wywołane odparowaniem In 20 odbicie Ga ON Ga OFF τ Ga czas

6 stabilność temperatury podłoża GaN/szafir czas desorp pcji Ga [s] [C] T pir [ podłoże mm 0.5 µm Mo od tyłu czas [min] Stabilne warunki termiczne

7 warunki wzrostu GaN na podłożach GaN/szafir N-rich Ga-rich III/V = 1

8 wpływ warunków wzrostu na morfologię powierzchni ustalone strumienie Ga i N RMS 18.3 nm RMS (10x10 µm µ 2 ) [nm] RMS 1.1 nm 0, T piro [ o C] Ga/N ratio na powierzchni

9 typowa morfologia powierzchni w warunkach Ga-rich RMS 10 x 10 = 1 nm stopnie 1 ML

10 wpływ warunków wzrostu na PL T = 12K bound excitons 3,0 2,8 2,6 2,4 RMS (10x10 µm m 2 ) [nm] free excitons 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 PL Intensity [arb. units] 1 0, T piro [ o C] 3,44 3,45 3,46 3,47 3,48 3,49 3,50 C-V Energy [ev] N D = cm -3 1 µm GaN 3 µm GaN Schottky N D = cm -3 GaN/szafir

11 HEMT AlGaN/GaN µ (cm 2 V -1 sec -1 ) R (Ω ) x x x x = 12.5% x = 7.5% nm AlGaN 1 µm GaN GaN/szafir stosujemy geometrię 5 nm GaN 2 DEG chcielibyśmy stosować n (cm -2 ) 2x x x x Temperature (K) 10 mm

12 GaN na Si (111) jak zaczynać? najpierw Ga duża rozpuszczalność Si w Ga (jakość powierzchni) najpierw Al eutektyk Al-Si w 577 o C (szorstka powierzchnia) najpierw N ryzyko powstania amorficznego Si 3 N 4 Najważniejsze: jednorodne pokrycie Si atomami jednego rodzaju

13 AFM RMS (10 10 µm 2 ) ~10 nm GaN na Si (111) start Al TEM odgrzanie tlenku 10 s Al start AlN GaN SEM 20 nm AlN ~ 8nm Si (111) GaN obecność zbliźniaczeń czy było tylko pokrycie Al? azot z otoczenia podczas odgrzewania tlenku? Si

14 odgrzanie tlenku 2 s RF plazma start AlN GaN na Si (111) start N 5 3 µm AFM TEM AlN GaN[0001] Si (111) AlN 36 nm Si [111] Si [-211] zone axis

15 GaN na Si (111) start N AFM

16 GaN na Si (111) start N SEM

17 GaN na Si (111) start N TEM AlN Si??? - niepełne odgrzanie tlenku? - niepełne zaazotowanie powierzchni? -

18 Z1.2 Azotki grupy III na podłożach Si Plany / kamienie milowe Zadania: do technologia warstw buforowych GaN/Si do HEMT AlGaN/GaN na podłożach Si

19 Z 1.2 Wykonawcy wzrost PAMBE: charakteryzacja: K. Kłosek AFM E. Łusakowska E. Przeździecka SEM A. Reszka H. Teisseyre PL A. Dużyńska M. Sobańska C-V P. Kruszewski W. Walkiewicz Hall K. Dybko Z.R. Żytkiewicz TEM S. Kret XRD A. Wierzbicka współpraca: ITE grupa Prof. A. Piotrowskiej processing diod Schottky ego do pomiarów C-V raporty: - W. Walkiewicz praca magisterska UKSW (2009) - K. Kłosek praca inżynierska PW (2010) - Z.R. Zytkiewicz et al. Int. Conf. Polish Society for Crystal Growth, Gdańsk maj 2010

20 Z7 Zakup układu optycznego monitorowania wzrostu MBE układ EpiCurveTT firmy LayTec analiza in-situ: - wygięcia warstwy Si mirror EpiCurveTT - temperatury (pirometria optyczna z korekcją emisyjności) - prędkości wzrostu -. dostawa ~ początek czerwca 2010 (61 k brutto)

21 I Konferencja Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych InTechFun POIG /08 Współfinansowana przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego 9 kwietnia 2010 r., Warszawa