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摘要
? ? ? 本研究研究了各種去除氮化鎵中污染物的表面清洗技術(shù)。螺旋電子譜(AES)分析用于監(jiān)測表面污染物的存在，原子力顯微鏡(AFM)用于監(jiān)測表面粗糙度。AES分析表明，氫氧化鉀能有效去除碳(C)。比較鹽酸、氫氧化鉀和(NH4)2S在水溶液中清洗的氮化鎵表面的地形；研究發(fā)現(xiàn)，在(NH4)2S中清洗的表面清潔最好，C和O、RMS粗糙度和Ga/N比均最低。通過在真空中加熱樣品，幾乎完全去除C和O。
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介紹
? ? ? 濕蝕和干蝕刻方法廣泛用于去除表面污染物的表面制備。此外，金屬化前襯底表面的形貌對用于制造用于紫外線檢測的肖特基勢壘二極管的超薄金屬的連續(xù)性有影響。在金屬化之前，氮化鎵已經(jīng)使用化學(xué)品對基質(zhì)進(jìn)行濕和干洗。干洗方法會損壞表面，通常使材料電不適合。各種表面分析技術(shù)，如螺旋電子譜(AES)、x射線光電子譜(XPS)、低能電子衍射(LEED)和二次離子質(zhì)譜(SIMS)已被用于鑒定表面污染物、氧化物、金屬顆粒和重建。原子力顯微鏡(AFM)已被用于監(jiān)測表面清潔度作為地形的函數(shù)。?
? ? ? 在這項(xiàng)工作中，我們研究了氮化鎵表面的化學(xué)清洗，并用原子力顯微鏡和原子發(fā)射光譜法對結(jié)果進(jìn)行了評估。研究了各種去除氧和碳的濕化學(xué)方法。我們特別報道了氯化氫、氫氧化鉀和(NH4)2S對氮化鎵表面的影響。此外，我們給出了熱清洗結(jié)果。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 本研究中使用的所有樣品都是從同一晶片上切割下來的，因?yàn)榕c其他半導(dǎo)體相比，氮化鎵生長技術(shù)尚未成熟。采用超聲波沖洗以確保清除表面上的所有松散碎屑。所有清潔使用的設(shè)備由純石英玻璃和特氟隆制成。濕化學(xué)清洗后，立即將樣品裝入AES。
? ? ? 熱清洗是通過將脫脂樣品安裝到加熱器塊上并裝入AES，PHI 549型中來完成的。分析是在室溫23℃下進(jìn)行的，連續(xù)監(jiān)測表面溫度至1100℃。在此階段停止加熱過程，以避免氮化鎵分解到原子發(fā)射光譜系統(tǒng)中。
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結(jié)果和討論
? ? ? 從隨機(jī)選擇的5毫米5毫米脫脂區(qū)域到(NH4)2S清潔表面的原子力顯微鏡圖像如圖。?這些圖像，連同相應(yīng)的線輪廓，表明在每一種清潔方法之后，所研究的氮化鎵表面的形貌的差異。生長的表面已經(jīng)脫脂，以處理包裝污染物。如圖2所示，生長表面具有針狀突起。使用Rt，我們比較了從突起到隕石坑的不同特征。根據(jù)Rt測量，脫脂樣品表面突起的平均高度為20.05 nm，如所示表2。第二個表面，如圖。1(b)，在王水中清洗，顯示出突起消失和坑的出現(xiàn)，這些坑是六邊形的，Rt值降低到2.5 nm。這一觀察表明，迄今為止使用的化學(xué)物質(zhì)能夠作用于脫脂表面上的突起，通過顯示晶體的六方結(jié)構(gòu)來表征氮化鎵。
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圖1 AFM圖像取自選定的5mm氮化鎵表面的5mm*5mm區(qū)域，以及相應(yīng)的線條輪廓
? ? ? 比較HCl和(NH4)2S的AES表面掃描，發(fā)現(xiàn)在GaN表面使用HCl降低了O峰，添加了Cl，并且(NH4)2S的使用防止了表面的再氧化，添加了少量的S，并且減少了Cl污染物。這個結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了使用的重要性。
? ? ? 為了進(jìn)一步分析清潔后的表面，將鎵氮比和均方根表面粗糙度繪制為清潔方法的函數(shù)，如圖5所示。均方根表面粗糙度和表面污染物之間存在關(guān)系，從而影響鎵氮比。生長的表面顯示出非常高的表面粗糙度和鎵氮比，最干凈的表面顯示出最低的表面粗糙度和鎵氮比。因此，隨著表面的清潔，表面粗糙度隨著鎵氮比的提高而降低，這意味著所使用的化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)蝕刻氮化鎵表面以去除污染物。
結(jié)論
? ? ? 總之，用原子力顯微鏡和原子發(fā)射光譜法對不同溶液濕法化學(xué)清洗氮化鎵的效果進(jìn)行了表征。原子力顯微鏡結(jié)果表明，氮化鎵表面粗糙度受表面清洗方法的影響。表面缺陷由不同的蝕刻化學(xué)物質(zhì)表征，其中(NH4)2S產(chǎn)生無缺陷界面。原子發(fā)射光譜法顯示污染物為碳和氧，使用含氯和硫的化合物，會在表面留下氯和硫。該結(jié)果提供了足夠的關(guān)于去除表面污染物的信息；化學(xué)計量；表面粗糙度和化學(xué)蝕刻。使用(NH4)2S防止了表面的再氧化，并進(jìn)一步從氮化鎵表面去除了氯。氫氧化鉀能有效去除表面的碳。表面的硫和氯的作用可以增強(qiáng)金屬對氮化鎵表面的附著力，從而提高器件質(zhì)量。需要進(jìn)一步的工作來發(fā)現(xiàn)不同的清洗程序?qū)Σ牧系墓鈱W(xué)特性和器件的電學(xué)特性的影響。
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