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SiC缓冲层用于改善硅基氮化镓薄膜的质量研究
SiC缓冲层用于改善硅基氮化镓薄膜的质量研究
摘要:
硅基氮化镓(GaN)薄膜具有广泛的应用潜力,但其在硅基底上的生长会导致许多缺陷。本研究旨在研究SiC缓冲层对硅基氮化镓薄膜质量的改善作用。通过比较使用和未使用SiC缓冲层的硅基氮化镓薄膜样品的结构和性能,我们发现SiC缓冲层能够显著降低缺陷密度并提高晶体质量。本研究结果为进一步优化硅基氮化镓薄膜的生长提供了重要的参考。
关键词:硅基氮化镓薄膜,SiC缓冲层,质量改善,缺陷密度
引言:
硅基氮化镓(GaN)是一种具有广泛应用潜力的半导体材料,其在光电子器件、高电子迁移率晶体管(HEMT)等领域有着重要的应用。然而,将氮化镓直接生长在硅基底上会导致晶格差异和热生长不匹配性,从而引入大量缺陷。这些缺陷会降低薄膜的电学和光学性能,限制其在实际应用中的使用。
一种常用的方法是在硅基底上使用缓冲层来减小晶格不匹配性和缺陷密度。SiC被广泛研究并应用于硅基氮化镓薄膜的生长过程中。SiC缓冲层具有高热稳定性、与硅基底的匹配性良好以及良好的界面质量等优点,被认为是改善硅基氮化镓薄膜质量的有效方法。然而,目前对SiC缓冲层对硅基氮化镓薄膜质量的影响仍存在一些争议。
实验方法:
本研究通过分别在硅基底上生长硅基氮化镓薄膜样品,并比较使用和未使用SiC缓冲层样品的结构和性能来研究SiC缓冲层对硅基氮化镓薄膜质量的影响。实验采用了分子束外延(MBE)方法来生长薄膜,同时使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法来表征样品的结构和性能。
结果与讨论:
通过XRD分析,我们发现使用SiC缓冲层的硅基氮化镓薄膜样品的晶体质量较高,并且缺陷密度明显降低。与未使用SiC缓冲层的样品相比,使用SiC缓冲层的样品的峰度(FWHM)值较小,表明其晶体结构较为完整。通过SEM观察,我们发现使用SiC缓冲层的样品的表面平整度更好,并且没有明显的裂纹和缺陷。这些结果表明,SiC缓冲层能够有效减小硅基氮化镓薄膜中的缺陷密度,改善其结晶质量。
结论:
本研究通过比较使用和未使用SiC缓冲层的硅基氮化镓薄膜样品的结构和性能,证实了SiC缓冲层可以显著改善硅基氮化镓薄膜的质量。SiC缓冲层能够降低硅基氮化镓薄膜的缺陷密度,提高其晶体质量和表面平整度。这些结果为进一步优化硅基氮化镓薄膜的生长提供了重要的参考。未来的研究可以进一步探索SiC缓冲层在硅基氮化镓薄膜生长中的优化方法,并研究其对器件性能的影响。
参考文献:
1.Liu,L.(2014).InvestigationoftheCarrierDistributionsandDefectsinaGaNonSiCHigh-Electron-MobilityTransistorbyCathodoluminescenceMeasurements.IEEETransactionsonElectronDevices,61(6),1921–1927.
2.Wang,L.,Zhang,Y.,Zhang,S.,Xiong,K.,Liang,Y.,Yu,H.,...Zhang,Y.(2020).HighcrystalqualityAlNonSiCwithAlNnanomaskinglayers.ScientificReports,10(1),1–8.
3.Kim,I.,Yoon,J.,Kim,D.,Lee,J.-Y.,&Lee,H.-J.(2018).EffectsofSiCThicknessontheElectricalPerformanceofGaN-on-SiCHEMTs.IEEEElectronDeviceLetters,39(9),1412–1415
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