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用于高效器件设计的GaN/金刚石异质界面的制备及界面化学键合态

发表时间:2022-01-07 14:26作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

氮化镓(GaN)和金刚石的直接集成在大功率器件中具有广阔的应用前景。然而,由于GaN和金刚石之间存在较大的晶格和热膨胀系数失配,在金刚石上生长GaN一直是一个巨大的挑战。

近日,日本大阪市立大学Jianbo Liang报道了采用表面活化键合(SAB)方法在室温下成功地制备了GaN/金刚石异质界面。采用透射电子显微镜(TEM)和能量色散X射线能谱(EDS)系统地研究了异质界面的纳米结构和原子行为。利用电子能量损失谱(EELS)研究了异质界面碳原子的化学键态。


文章要点

1)GaN/金刚石异质界面存在较小的压应力,明显小于由晶体生长形成过渡层的GaN-金刚石结构的压应力。


2)在粘结的异质界面上形成了一层5.3 nm厚的中间层,由非晶碳和金刚石组成。在键合过程中,Ga和N原子以扩散的方式分布在中间层中。随着退火温度的升高,中间层的厚度和sp2键合碳的比例均减小,表明退火后非晶态碳直接转化为金刚石。


3)中间层的金刚石起到了种子晶体的作用。在1000 °C退火后,中间层厚度减小到约1.5 nm,并观察到金刚石(220)面的晶格条纹。


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