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  SO到目前为止，宽带隙半导体-氧化镓(β-Ga2O3)一直是许多研究的焦点，因为它在未来可以在极端条件下运行的电子设备中的潜在用途。1 –4)这是因为它具有特殊的物理性质，包括4.5-4.9eV的宽带隙，高击穿 场(~8 MV cm-  1)，抗化学损伤，以及承受高水平辐射和热 应力的能力。5,6)此外，生产β-Ga的单晶晶圆的成本2O3 低于生产碳化硅和氮化镓晶圆，使其成为一个更在商业上  可行的选择。7)尽管它有许多优点，但它使用β-Ga来驱动 电子设备2O3在大功率传输电路中运行时， 由于材料的低导 热系数为10-30Wm，因此会面临自热问题-  1K-  1.8)为了克 服这个问题，预计一个最佳的电子设备将使用β-Ga2O3与另一种具有高导热性的材料结合作为热器。在宽带隙半导  体中，金刚石被认为是最适合用于这种电子器件的材料。这是由于它特殊的物理性质，包括它的导热系数约2000 W m-  1K-  1， 电子和空穴的高迁移率(4500和3800厘米2V-1s-  1，分别)，高击穿场约为10 MV cm-  1，以及抵抗高温和强辐射等恶劣的环境条件。9 – 12)此外，金刚石可以精 确控制掺杂类型，特别是p型b掺杂金刚石，这与β-Ga的情 况相反2O3（天然n型传导）。如上所述， β-Ga的良好组合 2O3金刚石可作为光电和电子器件的活性层或扩热器，已成为一个流行的研究课题。几种技术已经被用来形成一个由β-Ga组成的异质结构2O3薄的层和单一的一层结晶金刚石（SCD）晶片。6, 13 – 16)范德瓦尔斯相互作 用力技术最近被广泛应用于形成Ga2O3/金刚石异质结构。

然而，裂解发生在β-Ga之上2O3（001）平面阻碍了形成一个实质性的和不间断的β-Ga层的能力2O3在钻石上。用β- Ga演示了一种不同的方法2O3/采用直接键合技术制备的金刚石异质结构。即使是这种方法也可以提供更大的面积和 几乎不间断的β-Ga2O3与金刚石晶片结合的一层。13)键合区域的边缘经历了晶格结构的扭曲，这可能会降低薄剥离  的β-Ga之间的界面键的附着力2O3层和金刚石晶片在异质结构的高温下实际应用。一种实现β-Ga可扩展异质结构的 可行方法2O3在金刚石上是通过异质外延生长。到目前为止,Ga的集成2O3而钻石使用这种直接生长还没有被记录下来。因此，这是制造β-Ga的放大异质结构的一个挑战2O3和钻石的直接增长。磁控溅射技术已广泛应用于各种薄膜制 备，并易于工业应用。这种技术的几个优点，如低压溅射实现有效限制等离子体物种使用电场和磁场的磁控管阴极 ,等离子体密度高，大面积沉积的能力，高纯度的沉积膜由于低压沉积和高动能的物种到达基底，17 – 19)有望促进β-Ga的外延生长2O3钻石晶片上的薄膜。此外，还实现 了β-Ga之间的直接增长2O3到目前为止，薄膜和钻石，反之亦然，一直被隐藏着。在本研究中，实现了β-Ga的外延 生长2O3通过溅射技术演示了单晶金刚石晶片上的薄膜。

Mono家族β-Ga的晶体平面 2O3通过优化衬底温度 ，可以获得在金刚 石上生长的薄膜。β-Ga的外延形成2O3利用x射线衍射（XR D）聚谱（PF）分析确定了金刚石上的薄膜。基于结构分析,估计了β-Ga之间的晶格失配2O3对薄膜和单晶金刚石进行了详细的揭示和讨论。β-Ga2O3利用射频磁控溅射（RFMS）在SCD衬底上外延  生长薄膜。一种商业上不含掺杂的ga2O3目标的纯度为4n和 ib型（111）SCD（住友公司， 日本），尺寸为2×2×0.3 mm3以 1 °~3 ° 的非向角分别作为材料目标和底物。在薄膜生长之 前，SCD底物用丙酮、 甲醇和去离子水进行超声清洗5、5和 分别为10 min。然后，将清洗后的基板引入~压力为1-4×10的溅射室-6Pa。通过使用一个金属掩模，β-Ga2O3在 400、500、600和700 °C的不同衬底温度下，在SCD基底上生长了圆形的薄膜。在β-Ga的生长过程中2O3制备薄膜时,生长压力保持在1.5×10-  1Pa通过将Ar气体流量稳定在15 sccm，低压有望促进β-Ga之间的外延形成2O3和钻石。请注意，β-Ga2O3薄膜是在没有O2气体供应溅射功率和沉积时间固定在50 W分别为48小时。图1(a)显示了β-Ga的结构图2O3使用RFMS 在SCD（111）底物上外延生长的薄膜。图中右上角的插图。1(a)说明了Ga的氧原子之间的预期原子键合2O3以及和石在Ga界面上的碳原子2O3/金刚石异质结构中，C-O键可以 改善生长的Ga之间的附着力2O3薄膜和金刚石衬底。使用表 面剖面仪（AlphaStep IQ）测量了生长样品的厚度。结构 研究采用XRD技术（rigatlabx射线衍射仪，XRD公司， 日本 ),以及生长的β-Ga的外延形成2O3通过PF XRD分析证实了薄膜和SCD。此外，用x射线光电子能谱对生长薄膜的化学化学计量学进行了表征（XPS；瑞通分析公司，岛津集团公司，日本）。

β-Ga的薄膜厚度与衬底温度的关系2O3在金刚石（111)衬底上生长的薄膜如图所示。1(b).在衬底温度为400、500 、600和700 °C下生长的薄膜厚度分别为1460、1251、823  和315 nm。在相同的生长条件下，β-Ga的生长速率也不同 2O3在700 °C(0。最小11 nm-  1).一个可能的原因是在较高 的衬底温度下，金刚石表面的原子出现再蒸发现象。然而,这种低生长速率应该会促进β-Ga之间的外延形成2O3而金刚石则是由于吸附原子在梯田上扩散的时间较长。Ga的  XRD模式2O3在400、500、600和700 °C的不同底物温度下，在SCD（111）衬底物上生长的薄膜如图所示。1(c)和1(d). 根据2θ- θ扫描模式，在400 °C下生长的薄膜没有衍射峰

观察到，表明了无定形Ga的形成2O3.小峰在2θ为30。1 ° 和64.9 ° , 这可能是由于（400）和（512）单斜晶结构( β相）或（220）和（440）尖晶石结构(γ相）的顺序，

20)在500 °C下生长的薄膜中发现，表明形成了混合的

β/γ-Ga2O3在2θ扫描模式下出现多个衍射峰，如图所示 。1(d).在底物温度高于600 °C时，该材料混合了β/γ-

Ga2O3在2θ为18.94 ° 、30.44 °和59的β相结构，包括（0 1）、（02）和（03）。2分别为18 ° 。值得注意的是，所有样品的XRD 2θ扫描模式的入射角固定在0.5。。{01}  族平面可能是平行于SCD衬底的（111）平面形成的。结果表明，Ga的单晶(β)相2O3通过RFMS在SCD（111）底物上生 长的薄膜可以在600 °C以上的底物温度下生长。然而，β- Ga的多晶定向平面，包括β（400）、 β（111）、 β（02  )、β（311）和β（512）2O3在600 °C的2θ扫描模式下 观察到生长的薄膜。1(d)，表明β-Ga的纹理多晶结构2O3.与β-Ga相比2O3 在600 °C下生长的薄膜，不仅在2θ- θ扫 描模式下的单个{01}族平面，而且在β-Ga的2θ扫描模式下也没有观察到衍射峰2O3薄膜生长在700 °C，这意味着( 01）取向的β-Ga 2O3在SCD（111）衬底上形成薄膜是非常可行的。图1(e)显示了关于β-Ga的（01）峰的摇摆曲线

2O3在衬底温度为600和700 °C下生长的薄膜。FWHM值为4  。在600和700 °C下，分别为1 °和3.0 ° 。FWHM值随衬底温 度的升高而降低，表明结晶度随衬底温度的升高而提高。

较高的衬底温度促进了Ga的β相结晶2O3降低了金刚石表面 能量，刺激了吸附原子在金刚石平台上的迁移，提高了逐层生长过程的能力。值得注意的是，β-Ga2O3这项工作的

薄膜是在相对较低的生长条件下通过溅射生长出来的

压力（1×10-  1爸由于平均自由程的增加，低生长压力也 会增加溅射物种的动能，这对低温下的生长是有效的。

为了进一步研究β-Ga之间的形成2O3采用XRD PF技术测 量薄膜和金刚石衬底，制备的样品，固定2θ为91.51 ° ,  β-Ga为31.76 °2O3，结果如图所示。2(a).对于金刚石（1 11）衬底，在测量生长的β-Ga之前，对每个样品分别检查 衬底的结晶度和晶体取向2O3影片在700 °C下制备的样品中 使用的金刚石（111）衬底的PF在ψ=59.2 ° ±4 °周围显示 出3倍对称点，这些点通过f=120 ° ±4 °相互旋转分离。这 些变体对应于金刚石（111）立体投影的晶体平面。这一结 果证实了具有高度取向晶面的金刚石（111）衬底的单结晶

度。对于成年的β-Ga2O3，6倍对称的光点群©2023作者(s) 。代表出版