Дослідження застосувань нанотекстурованого сапфіру як темплету при MOCVD-гетероепітаксії ІІІ-нітридів
DOI:
https://doi.org/10.35681/1560-9189.2018.20.3.158511Ключові слова:
ІІІ-нітриди, темплет, текстурований сапфір, MOCVD, щільність дислокацій, малодефектність, фотодіодАнотація
Розглянуто придатність нанотемплетів текстурованого сапфіру в процесі MOCVD III-нітридів щодо застосування в GaN-фотодіодах ультрафіолетового (УФ) діапазону і для шарів акумулювання енергії. Визначено термодинамічні параметри (температуру, тиск) і прекурсори в процесі MOCVD для утворення нанотемплетів текстурованого сапфіру з радіусом нанопор (<10 нм) для формування низькодефектних гетероепітаксійних шарів ІІІ-нітридів. Зокрема, для епітаксійних шарів р-GaN засвідчено низьку щільність проростаючих дислокацій (~5×106 см–2) і продемонстровано, що УФ-GaN-фотодіоди Шоткі на таких нанотемплетах мали більш крутий довгохвильовий (375-475 нм) край нормованої фоточутливості порівняно з фотодіодами без них. Проаналізовано придатність таких нанотемплетів для шарів акумулювання енергії, зокрема, для формування шарів низькодефектного нітриду бору, в які інкапсулюється графен, для виготовлення супер-конденсаторів, а також для формування нанокарбідів і консолідованих фаз AlCN або BCN в MOCVD -реакторі в потоці триметилу алюмінію або триетилу бору відповідно, на поверхні таких нанотемплетів.Посилання
Yoon S.F., Li X.B., Kong M.Y. Some properties of gallium nitride films grown on (0 0 0 1) oriented sapphire substrates by gas source molecular beam epitaxy. Journal of Crystal Growth. 1997. Vol. 180. P. 27–33.
Extreme Environments Technologies for Future Space Science Missions/In Kolawa E. editor. National Aeronautics and Space Administration, Jet Propulsion Laboratory, 2007.
Miller R.A., Cruden B.A., Martinez R., Senesky D.G. In situ ultraviolet shock radiance measurements using GaN-on-sapphire photodetectors. Review of Scientific Instruments. 2017. Vol. 11(88). P. 115004.
Beaumont B., Vennegues P., Gibart P. Epitaxial lateral overgrowth of GaN. Physica status solidi (b). 2001.Vol. 227. N 1. P. 1–43.
Osynskyy V.Y., Labunov P.V., Horokh H.H., Lyakhova N.O., Solovey D.V. Templetni shary dlya nanoheterostruktur Si/A3V5. Jelektronika i svjaz'. Tematicheskij vypusk «Problemy jelektroniki». 2008. No.1–2. (Ch. 1). S. 70–75.
Lyakhova N.O. Modelyuvannya vplyvu templetnykh rozmiriv na dyslokatsiynist' nanostruktur pry selektyvniy epitaksiyi III-nitrydiv. Jelektronika i svjaz'. 2011. No.3. S. 39–43.
Lyahova N.О. Simulation of porous Al anodic oxide template for GaN Selective Epitaxy. Іnternational scientific conference Electronics and Electronics and Nanotechnology. Kyiv. 2011. С. 93.
Osinskij V.I., Ljahova N.N., Masol I.V., Suhovij N.O. Nanokarbidnye processy pri MOS-jepitaksii III-nitridnyh struktur. Optyko-elektronni informatsiyno-enerhetychni tekhnolohiyi. 2012. No. 1. S. 62–72.
Karpov S., Yu N. et al., Dislocation effect on light emission ef?ciency in gallium nitride. Applied Physics Letters. 2002. Vol. 81. N 81. Р. 4721–4723.
Chernyak L., Osinsky A., Temkin H., Yang J.W., Chen Q., Asif Khan M. Electron beam induced current measurements of minority carrier diffusion length in gallium nitride. Applied physics letters. 1996. Vol. 69. N 17. P. 2531–2533.
Osinsky V.I., Masol I.V., Lyahova N.N., Suhoviy N.O., Onachenko M.S., Osinsky A.V. Some technology aspects for quantum enestor through AIIIBV multicomponent nanoepitaxy. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2017. Vol. 20. N 2. P. 254–258.
Osinsky V.I., Masol I.V., Feldman I.Kh., Diagilev, A.V., Sukhovii N.O. Integration of LED/SC chips (matrix) in reverse mode with solar energy storage. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2016. Vol. 19. N 2. P. 215–219.
Stengel M., Spaldin N.A. Origin of the dielectric dead layer in nanoscale capacitors. Nature. 2006. Vol. 443. N 7112. P. 679–682.
Saad M.M., Baxter P., Bowman R.M., Gregg J.M., Morrison F.D., Scott J.F. Intrinsic dielectric response in ferroelectric nano-capacitors. Journal of Physics: Condensed Matter. 2004. Vol. 16. N 41. P. L451.
Shi G., Hanlumyuang Y., Liu Z., Gong Y., Gao W., Li B., Kono J., Lou J., Vajtai R., Sharma P., Ajayan P.M. Boron nitride-graphene nanocapacitor and the origins of anomalous size-dependent increase of capacitance. Nano Lett. 2014. Vol. 14. N 4. P. 1739–1744.
Novoselov K.S, Geim A.K, Morozov S.V., Jiang D., Katsnelson M.I., Grigorieva I.V., Dubonos S.V., Firsov A.A. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature. 2005. N 438. P. 197–200.
Chen J.H., Jang C., Xiao S., Ishigami M., Fuhrer M. Intrinsic and extrinsic performance limits of graphene devices on SiO2. Nature Nanotechnology. 2008. N 3. P. 206–209.
Fratini S., Guinea F. Substrate-limited electron dynamics in graphene. Phys. Rev. B. 2008. N 77. P. 195415.
Dean C.R., Young A.F., Meric I, Lee C, Wang L, Sorgenfrei S., Watanabe K., Taniguchi T., Kim P., Shepard K.L, Hone J. Boron nitride substrates for high quality graphene electronics. Nature Nanotechnology. 2010. Vol. 5. P. 722–726.
Mayorov A.S., Gorbachev R.V., Morozov S.V., Britnell L., Jalil R., Ponomarenko L.A., Blake P., Novoselov K.S., Watanabe K., Taniguchi T., Geim A.K. Micrometer-scale ballistic transport in encapsulated graphene at room temperature. Nano Lett. 2011. N 11. P. 2396–2399.
Lee G.H., Yu Y.J., Lee C., Dean C., Shepard K.L., Kim P., Hone J. Electron tunneling through atomically flat and ultrathin hexagonal boron nitride. Applied Physics Letters. 2011. N 99. P. 243114.
Serrano J., Bosak A., Arenal R., Krisch M., Watanabe K., Taniguchi T., Kanda H., Rubio A., Wirtz L. Vibrational Properties of Hexagonal Boron Nitride: Inelastic X-Ray Scattering and Ab Initio Calculations. Phys. Rev. Lett. 2007. N 98. P. 095503.
Geim A.K. & Grigorieva I.V. Van der Waals heterostructures. Nature. 2013. N 499. P. 419–425.
Wang H., Taychatanapat T., Hsu A., Watanabe K., Taniguchi T., Jarillo-Herrero P., Palacios T. BN/Graphene/BN Transistors for RF Applications. IEEE Electron Device Lett. 2011. N 32. P. 1209–1211.
Zomer P.J., Dash S.P., Tombros N. & Van Wees B.J. A transfer technique for high mobility graphene devices on commercially available hexagonal boron nitride. Applied Physics Letters. 2011. N 99. P. 232104.
Jang A.R., Hong S., Hyun C., Yoon S.I., Kim G., Jeong H.Y., Shin T.J., Park S.O., Wong K., Kwak S.K., Park N., Yu K., Choi E., Mishchenko A., Withers F., Novoselov K.S., Lim H., Shin H.S. Wafer-Scale and Wrinkle-Free Epitaxial Growth of Single-Oriented Multilayer Hexagonal Boron Nitride on Sapphire. Nano Lett. 2016. N 16. P. 3360–3366.
Wend-Sieh Z., Nasreen G. Chopra, Cherrey K., Gronsky R. Synthesis of BxCyNz nanotubes. Phys. Rev. B. 1995. N 51. P. 11229–11232.
Tsipas P., Kassavetis S., Tsoutsou D., Xenogiannopoulou E., Golias E., Giamini S.A., Grazianetti C. Chiappe D, Molle A., Fanciulli M., Dimoulas A. Evidence for graphite-like hexagonal AlN nanosheets epitaxially grown on single crystal Ag(111). Applied Physics Letters. 2013. Vol. 103. N. 25. P. 251605.
Extreme Environments Technologies for Future Space Science Missions/In Kolawa E. editor. National Aeronautics and Space Administration, Jet Propulsion Laboratory, 2007.
Miller R.A., Cruden B.A., Martinez R., Senesky D.G. In situ ultraviolet shock radiance measurements using GaN-on-sapphire photodetectors. Review of Scientific Instruments. 2017. Vol. 11(88). P. 115004.
Beaumont B., Vennegues P., Gibart P. Epitaxial lateral overgrowth of GaN. Physica status solidi (b). 2001.Vol. 227. N 1. P. 1–43.
Osynskyy V.Y., Labunov P.V., Horokh H.H., Lyakhova N.O., Solovey D.V. Templetni shary dlya nanoheterostruktur Si/A3V5. Jelektronika i svjaz'. Tematicheskij vypusk «Problemy jelektroniki». 2008. No.1–2. (Ch. 1). S. 70–75.
Lyakhova N.O. Modelyuvannya vplyvu templetnykh rozmiriv na dyslokatsiynist' nanostruktur pry selektyvniy epitaksiyi III-nitrydiv. Jelektronika i svjaz'. 2011. No.3. S. 39–43.
Lyahova N.О. Simulation of porous Al anodic oxide template for GaN Selective Epitaxy. Іnternational scientific conference Electronics and Electronics and Nanotechnology. Kyiv. 2011. С. 93.
Osinskij V.I., Ljahova N.N., Masol I.V., Suhovij N.O. Nanokarbidnye processy pri MOS-jepitaksii III-nitridnyh struktur. Optyko-elektronni informatsiyno-enerhetychni tekhnolohiyi. 2012. No. 1. S. 62–72.
Karpov S., Yu N. et al., Dislocation effect on light emission ef?ciency in gallium nitride. Applied Physics Letters. 2002. Vol. 81. N 81. Р. 4721–4723.
Chernyak L., Osinsky A., Temkin H., Yang J.W., Chen Q., Asif Khan M. Electron beam induced current measurements of minority carrier diffusion length in gallium nitride. Applied physics letters. 1996. Vol. 69. N 17. P. 2531–2533.
Osinsky V.I., Masol I.V., Lyahova N.N., Suhoviy N.O., Onachenko M.S., Osinsky A.V. Some technology aspects for quantum enestor through AIIIBV multicomponent nanoepitaxy. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2017. Vol. 20. N 2. P. 254–258.
Osinsky V.I., Masol I.V., Feldman I.Kh., Diagilev, A.V., Sukhovii N.O. Integration of LED/SC chips (matrix) in reverse mode with solar energy storage. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2016. Vol. 19. N 2. P. 215–219.
Stengel M., Spaldin N.A. Origin of the dielectric dead layer in nanoscale capacitors. Nature. 2006. Vol. 443. N 7112. P. 679–682.
Saad M.M., Baxter P., Bowman R.M., Gregg J.M., Morrison F.D., Scott J.F. Intrinsic dielectric response in ferroelectric nano-capacitors. Journal of Physics: Condensed Matter. 2004. Vol. 16. N 41. P. L451.
Shi G., Hanlumyuang Y., Liu Z., Gong Y., Gao W., Li B., Kono J., Lou J., Vajtai R., Sharma P., Ajayan P.M. Boron nitride-graphene nanocapacitor and the origins of anomalous size-dependent increase of capacitance. Nano Lett. 2014. Vol. 14. N 4. P. 1739–1744.
Novoselov K.S, Geim A.K, Morozov S.V., Jiang D., Katsnelson M.I., Grigorieva I.V., Dubonos S.V., Firsov A.A. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature. 2005. N 438. P. 197–200.
Chen J.H., Jang C., Xiao S., Ishigami M., Fuhrer M. Intrinsic and extrinsic performance limits of graphene devices on SiO2. Nature Nanotechnology. 2008. N 3. P. 206–209.
Fratini S., Guinea F. Substrate-limited electron dynamics in graphene. Phys. Rev. B. 2008. N 77. P. 195415.
Dean C.R., Young A.F., Meric I, Lee C, Wang L, Sorgenfrei S., Watanabe K., Taniguchi T., Kim P., Shepard K.L, Hone J. Boron nitride substrates for high quality graphene electronics. Nature Nanotechnology. 2010. Vol. 5. P. 722–726.
Mayorov A.S., Gorbachev R.V., Morozov S.V., Britnell L., Jalil R., Ponomarenko L.A., Blake P., Novoselov K.S., Watanabe K., Taniguchi T., Geim A.K. Micrometer-scale ballistic transport in encapsulated graphene at room temperature. Nano Lett. 2011. N 11. P. 2396–2399.
Lee G.H., Yu Y.J., Lee C., Dean C., Shepard K.L., Kim P., Hone J. Electron tunneling through atomically flat and ultrathin hexagonal boron nitride. Applied Physics Letters. 2011. N 99. P. 243114.
Serrano J., Bosak A., Arenal R., Krisch M., Watanabe K., Taniguchi T., Kanda H., Rubio A., Wirtz L. Vibrational Properties of Hexagonal Boron Nitride: Inelastic X-Ray Scattering and Ab Initio Calculations. Phys. Rev. Lett. 2007. N 98. P. 095503.
Geim A.K. & Grigorieva I.V. Van der Waals heterostructures. Nature. 2013. N 499. P. 419–425.
Wang H., Taychatanapat T., Hsu A., Watanabe K., Taniguchi T., Jarillo-Herrero P., Palacios T. BN/Graphene/BN Transistors for RF Applications. IEEE Electron Device Lett. 2011. N 32. P. 1209–1211.
Zomer P.J., Dash S.P., Tombros N. & Van Wees B.J. A transfer technique for high mobility graphene devices on commercially available hexagonal boron nitride. Applied Physics Letters. 2011. N 99. P. 232104.
Jang A.R., Hong S., Hyun C., Yoon S.I., Kim G., Jeong H.Y., Shin T.J., Park S.O., Wong K., Kwak S.K., Park N., Yu K., Choi E., Mishchenko A., Withers F., Novoselov K.S., Lim H., Shin H.S. Wafer-Scale and Wrinkle-Free Epitaxial Growth of Single-Oriented Multilayer Hexagonal Boron Nitride on Sapphire. Nano Lett. 2016. N 16. P. 3360–3366.
Wend-Sieh Z., Nasreen G. Chopra, Cherrey K., Gronsky R. Synthesis of BxCyNz nanotubes. Phys. Rev. B. 1995. N 51. P. 11229–11232.
Tsipas P., Kassavetis S., Tsoutsou D., Xenogiannopoulou E., Golias E., Giamini S.A., Grazianetti C. Chiappe D, Molle A., Fanciulli M., Dimoulas A. Evidence for graphite-like hexagonal AlN nanosheets epitaxially grown on single crystal Ag(111). Applied Physics Letters. 2013. Vol. 103. N. 25. P. 251605.
##submission.downloads##
Опубліковано
2018-09-18
Номер
Розділ
Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних
