Meld u aan voor onze gratis wekelijkse e-briefOnderzoekers in de VS rapporteren over gepulste laserdepositie van hexagonaal boornitride (h-BN) op galliumnitride (GaN) met het oog op opto-elektronica en hoogvermogenelektronica [Abhijit Biswas et al., Appl.Fys.Lett., v121, p092105, 2022].De bandgap van h-BN is ~ 5,9 eV, beschouwd als een ultrabrede bandgap (UWBG) ten opzichte van WBG GaN bij ~ 3,4 eV.Het team van Rice University, Oak Ridge National Laboratory en DEVCOM Army Research Laboratory ontdekte dat de h-BN/GaN actief is van de tweede harmonische generatie, en Schottky-diodes gevormd uit het materiaal hadden een hogere doorslagspanning in sperrichting dan Schottky-diodes vervaardigd op GaN.De onderzoekers zeggen: "Van WBG- en UWBG-halfgeleiders, waaronder GaN, SiC, Al(Ga)N, diamant, Ga2 O3 en BN wordt verwacht dat ze een revolutie teweeg zullen brengen in de platforms voor elektronische apparaten van de volgende generatie vanwege hun vermogen om een ​​lager stroomverlies, een kleiner systeemvolume, hogere bedrijfsspanning en temperatuur, en superieure stralingshardheid in vergelijking met conventionele halfgeleiders zoals silicium en GaAs.”Het team stelt ook voor: "Aangezien BN en GaN beide III-nitriden zijn, kunnen de heterojuncties gemaakt van BN/GaN de op GaN gebaseerde apparaatprestaties wijzigen en/of verbeteren en een belangrijke rol spelen in hoogvermogenelektronica en radiofrequentie ( RF) toepassingen, tot subterahertz regimes.”De PLD h-BN werd gekweekt op een onbedoeld gedoteerd (UID) (0001) GaN op saffiersubstraat geproduceerd door metaal-organische chemische dampafzetting (MOCVD).De PLD-groeitemperatuur was 800°C.De laserbron was een kryptonfluoride (KrF) excimeerlaser die licht uitstraalde met een golflengte van 248 nm in het diepe ultraviolet in pulsen van 25 ns bij 5 kHz.De atmosfeer was 100 mTorr stikstof.Het doel van de laserablatie was h-BN van hoge zuiverheid op ongeveer 50 mm afstand van het substraat.De onderzoekers zien de voordelen van PLD zoals nauwkeurige stoichiometrieoverdracht en uniforme groei van films van dichte poly- of enkelkristallijne doelen met "verbeterde adsorbaatoppervlaktemobiliteit begiftigd door hoogenergetische radicalen (zowel geïoniseerd als neutraal; B+, N+, N* , N2, N2+ en BN) die vanuit het doelwit worden versneld in de vorm van laser-ablateerd plasma.”Ook is de groeitemperatuur relatief laag in vergelijking met MOCVD.De 7nm BN-laag was het resultaat van 500 laserschoten.Na depositie werd het monster afgekoeld met een snelheid van 20°C/min.De BN-laag werd geanalyseerd met behulp van röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS).De analyse toonde een hoofdsignaal van BN-binding, maar er waren ook sporen van bindingen van B met zuurstof en andere B-atomen.Het N-spectrum toonde ook de aanwezigheid van enkele bindingen met koolstofonzuiverheden.Fourier-transformatie infrarood (FTIR) en Raman spectroscopie studies, samen met hoge-hoek ringvormige donkerveld scanning transmissie-elektronenmicroscopie (HAADF-STEM) werden ook uitgevoerd.Atoomkrachtmicroscopie toonde een oppervlakteruwheid van 0,267 nm, vergeleken met 0,183 nm voor het substraat.De atomaire structuur bleek ongeordend te zijn in de Raman- en HAADF-STEM-analyses.De stoornis was te wijten aan een mismatch tussen de "a"-roosterparameters: 2,50Å voor BN en 3,18Å voor GaN.De a-verhouding van 3:4 wordt als het beste beschouwd voor een hexagonale op wurtzietstructuur zoals GaN.Aangezien 3/4 van 3,18Å 2,385Å is, zou het BN-rooster sterk gecomprimeerd moeten worden met een rek van ongeveer 4,6% om deze verhouding te verkrijgen.In plaats daarvan beschrijven de onderzoekers hun BN-laag als "wanordelijk, amorf-achtig".Toch is dergelijk materiaal "recentelijk geschikt bevonden voor ultraviolette (UV) fotodetectie en hoogwaardige elektronica."Een andere potentiële kans zou kunnen komen van de optische tweede-harmonische generatie (SHG).Aangezien BN transparant is in het zichtbare golflengtebereik, zou dit de weg kunnen openen naar niet-lineaire opto-elektronica in het zichtbare bereik.Het SHG-signaal van de BN-laag bleek 2,2x dat van het GaN-substraat te zijn.De laserinvoer was een golflengte van 800 nm en de SHG-respons was op 400 nm van het gescande oppervlak.De SHG-respons bleek uniform te zijn over het oppervlak.Figuur 1: Schema's van (a) GaN en (b) BN/GaN Schottky-diodes.Vergelijking van stroomdichtheid versus voorwaartse bias in (c) lineaire schaal en (d) semi-logschaal.(e) Vergelijking na het verwijderen van de parallelle weerstand in BN/GaN-diode.(f) Inschakelspanningen van lineaire extrapolatie.De elektrische prestaties werden bestudeerd door het fabriceren van nikkel/gouden Schottky-diodes met en zonder de BN-laag (Figuur 1).De Ohmse metalen contacten waren titanium/aluminium/titanium/goud.De fabricage werd uitgevoerd in de Nanofab Cleanroom-faciliteit van Rice University.Het team merkt op: "Het is te zien dat de voorwaartse stroom van het BN/GaN-apparaat hoger is dan het GaN-apparaat, wat suggereert dat de BN-laag de stroom niet blokkeert in vergelijking met wat een isolerende laag doet in een conventionele metalen isolator -halfgeleiderdiode.”Het BN/GaN-apparaat vertoont enige lekkage in het low-bias-gebied, vergeleken met de pure GaN-diode.Dit kan worden gemodelleerd als een parallelle weerstand.Zelfs als deze extra stroom wordt verwijderd, blijft het BN/GaN-apparaat een hogere stroomdichtheid vertonen voor een bepaalde bias dan de GaN-diode.De onderzoekers haalden Schottky-barrièrehoogten van 1,3 en 1,1 eV voor respectievelijk de GaN- en BN/GaN-diodes.De respectievelijke idealen waren 1,04 en 1,41.Het team schrijft: "De relatief verlaagde Schottky-hoogte van de BN/GaN-diode leidt niet alleen tot een grotere voorwaartse stroom in vergelijking met de GaN-diode, maar veroorzaakt ook een verhoogde sperstroom."Figuur 2: (a) Uitsplitsingscurven bij kamertemperatuur.Omgekeerde stroomdichtheid versus bias bij verschillende temperaturen voor (b) GaN en (c) BN/GaN Schottky-diodes.VRH-modelplots voor (d) GaN en (e) BN/GaN omgekeerde lekkage vóór afbraak.Ondanks de hoge reverse-bias lekkage had de BN/GaN-diode een hogere doorslagspanning van 234V, vergeleken met 168V voor de GaN-diode (Figuur 2).De temperatuurvariatie van de prestatie bleek consistent te zijn met het 3D Variable Range hopping (VRH) -model, dat de stroomdichtheid voorspelt bij een gegeven bias variërend als J∝exp(-(Tc /T)1/4 ).Dergelijk gedrag zou worden gezien als een rechte lijn op de grafiek van de logaritme van stroomdichtheid (ln(J)) versus de inverse vierde wortel van temperatuur (T-1/4 ).De karakteristieke parameters Tc werden geëxtraheerd uit de hellingen van de rechte lijnen: 1,5x108 K voor GaN en 3,4x105 K voor BN/GaN.De onderzoekers suggereren dat de hogere uitval van de BN/GaN-apparaten te wijten kan zijn aan het hogere kritische veld in BN, waardoor hoge elektrische velden aan de elektroderand mogelijk zijn, waar vaak doorslag optreedt.Hogere kritische velden worden verwacht in materialen met grotere bandafstanden, hoewel een lage zuiverheid en/of kristalliniteit dit effect kan belemmeren.Tags: Gepulseerde laserdepositie Zeshoekig boornitride GaN©2006-2022 Juno Publishing and Media Solutions Ltd. Alle rechten voorbehouden.Semiconductor Today en het redactionele materiaal daarin en aanverwante media vallen onder het copyright van Juno Publishing and Media Solutions Ltd. Gehele of gedeeltelijke reproductie zonder toestemming van Juno Publishing and Media Solutions Ltd is verboden.In de meeste gevallen wordt toestemming verleend, mits het tijdschrift en de uitgever worden vermeld.Disclaimer: Materiaal gepubliceerd binnen Semiconductor Today en gerelateerde media geeft niet noodzakelijk de mening van de uitgever of het personeel weer.Juno Publishing and Media Solutions Ltd en haar medewerkers aanvaarden geen verantwoordelijkheid voor geuite meningen, redactionele fouten en schade/letsel aan eigendommen of personen als gevolg van gepubliceerd materiaal.Semiconductor Today, Juno Publishing and Media Solutions Ltd, Suite nr.133, 20 Winchcombe Street, Cheltenham, GL52 2LY, VKBekijk ons ​​privacy-, cookie- en gegevensbeschermingsbeleid