ВПЛИВ УМОВ ОДЕРЖАННЯ НА ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ ТОНКИХ ПЛІВОК Ga2O3

Oleh Bordun, B. Bordun, I. Kukharskyy, I. Medvid, Zh. Tsapovska

Анотація


Досліджено структуру та електропровідність тонких плівок β-Ga2O3, одержаних методом високочастотного іонно-плазмового розпилення, залежно від складу атмосфери термообробки. ВЧ розпилення проводилось в атмосфері аргону на підкладках із плавленого кварцу. Аналіз дифрактограм показує, що структура отриманих плівок відповідає моноклінній кристалічній структурі β-Ga2O3. Встановлено, що тонкі плівки β-Ga2O3, відпалені в атмосфері аргону та кисню при 1000–1100°С, володіють значним питомим опором – до 1011 Ом×см, а після відпалу у відновній атмосфері водню спостерігається зниження питомого опору плівок до 108 Ом×см. Дослідження температурної залежності електропровідності в області температур 300 – 450 К дозволили визначити енергію активації температурного гасіння електропровідності за рахунок донорних центрів, що виникають в одержаних плівках, та проведено аналіз отриманих результатів. Енергія термічної активації електропровідності при відпалі в атмосфері кисню для плівок β–Ga2O3 становить 0,84 еВ. При відпалі в атмосфері аргону в температурній області 300 – 400 К енергія термічної активації плівок β–Ga2O3 становить 1.30 еВ, при температурах 400 – 450 К – 0.40 еВ. Відпал у атмосфері водню призводить до суттєвого зменшення опору і зменшення енергії термічної активації електропровідності до 0.15 еВ. При цьому у високоомних плівках електропровідність пов’язується зі звільненням електронів з глибоких донорних рівнів з енергіями залягання 0.84 еВ для плівок, відпалених у кисні та 1.30еВ, для плівок, відпалених у аргоні, і які зумовлені кисневими вакансіями. У відновлених у водні тонких плівках β-Ga2O3 електропровідність пов’язується зі звільненням електронів з мілких донорних рівнів з енергією залягання 0.15 еВ, які зумовлені міжвузловими атомами галію.

Ключові слова: оксид галію, тонкі плівки, електропровідність.


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


[1] Konishi K. 1-kV vertical Ga2O3 field-plated Schottky barrier diodes / K Konishi, K Goto, H Murakami, et al. // Appl Phys Lett. – 2017. – Vol. 110. – P. 103506

[2] Singh R. Investigation of β-Ga2O3-based HEMTs using 2D Simulations for low noise amplification and RF applications / R. Singh, T. R Lenka, D K Panda and H P T Nguyen // Eng. Res. Express. – 2021. – Vol 3. – P 035042

[3] Zhou K. A unified hybrid compact model of β-Ga2O3 Schottky barrier diodes for mixer and rectifier applications / K Zhou, H Qiming, J Guangzhong, et al. // Sci China Inf Sci. – 2021. – Vol. 64. – P 219403:2

[4] Matsuzaki K. Field-induced current modulation in epitaxial film of deep-ultraviolet transparent oxide semiconductor Ga2O3 / K. Matsuzaki, H. Yanagi, T. Kamiya, H. Hiramatsu, K. Nomura, M. Hirano, H. Hosono // Appl. Phys. Lett.– 2006. – Vol. 88, №9. – P. 092106

[5] Cuong N.D. Microstructural and electrical properties of Ga2O3 nanowires grown at various temperatures by vapor–liquid–solid technique / N.D. Cuong, Y.W. Park, S.G. Yoon // Sens. Actuat. B. – 2009. – Vol. 140, №1. – P. 240–244

[6] [6] Zhao J.-G. Structural and Photoluminescence Properties of β-Ga2O3 Nanofibres Fabricated by Electrospinning Method / J.-G. Zhao, Z.-X. Zhang, Z.-W. Ma, H.-G. Duan, X.-S. Guo, E.-Q. Xie // Chinese Phys. Lett. – 2008. – Vol. 25 №10. – P. 3787–3789

[7] Tokida Y. Photoluminescent Properties of Eu3+ in Ga2O3:Cr3+ Films Prepared by Metal Organic Deposition / Y. Tokida, S. Adachi // Jpn. J. Appl. Phys. – 2013. – Vol. 52, №10R. – P. 101102

[8] Wellenius P. A visible transparent electroluminescent europium doped gallium oxide device / P. Wellenius, A. Suresh, J.V. Foreman, H.O. Everitt, J.F. Muth // Mater. Sci. Eng. B. – 2008. – Vol. 146. – P. 252–255

[9] Minami T. Electroluminescent Devices with Ga2O3:Mn Thin-Film Emitting Layer Prepared by Sol-Gel Process / T. Minami, T. Shirai, T. Nakatani, T. Miyata // Jpn. J. Appl. Phys. – 2000. – Vol. 39, №6A. – P. L524–L526

[10] Sinkel W. Determination of Oxygen Atomic Positions in a Ga–In–Sn–O Ceramic Using Direct Methods and Electron Diffraction / W. Sinkel, L. D. Marks, D. D. Edwards, T. O. Mason, K. R. Poeppelmeier, Z. Hu and J. D. Jorgensen // Solid State Chem. – 1998. – Vol. 136. – P 145–149

[11] Vasyltsiv V. I. Optical absorption and photoconductivity at the band edge of β–Ga2−xInxO3 / V. I. Vasyltsiv, Ya. I. Rym, Ya. M. Zakharko // Phys. Status (b). – 1996. – Vol. 195. – P. 653–656

[12] Токий В. В. Аномальная нелинейность ИК-фотопроводимости алмазной поликристаллической пленки / В. В. Токий, В. И. Тимченко, В. А. Сорока // Физ. тверд. тела. – 2003. – Т. 45, №4. – С. 600–603

[13] Бланк Т. В. Механизмы протекания тока в омических контактах металл-полупроводник / Т. В. Бланк, Ю. А. Гольдберг // Физ. и техн. полупроводников. – 2007. – Т. 41, №11. – С. 1281–1308

[14] Бордун О.М. Структура і коливні спектри тонких плівок β-Ga2O3 / О.М. Бордун, Б.О. Бордун, І.І. Медвідь, І.Й. Кухарський, В.В.Пташник, М.В. Партика // Фізика і хімія твердого тіла. –2016. – Т. 17, №4. – С. 515–519

[15] Калычина В. М. Анодные пленки Ga2O3 / В. М. Калычина, А. Н. Зарубин, Е. П. Найден, В. А. Новиков, Ю. С. Петрова, О. П. Толбанов, А. В. Тяжев и Т. М. Яскевич // Физ. и техн. полупроводников. – 2011. – Т. 45, №8. – С 1130–1135.

[16] Stepanov S. I. Gallium oxide: properties and applica – a review / S. I. Stepanov, V. I. Nikolaev, V. E. Bougrov and A. E. Romanov // Rev. Adv. Mater. Sci. – 2016. – Vol. 44. – Р. 63–86.

[17] Ормонт Б. Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников / Под ред. В. М. Глазова. – М: Высш. школа, 1982. – 528 с.

[18] Белых Г. И. Структурные и механические свойства оптической керамики из магний-алюминиевой шпинели / Г. И. Белых, В. Т. Грицына и Л. В. Удалова // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное матириаловедение. – 2004. – Т. 85, №3. С. 101–107

[19] Mazzoni A. D. Formation and sintering of spinels (MgAl2O4) in reducing atmospheres / A. D. Mazzoni, M. A. Sainz, A. Caballero and E. F. Aglietti // Mater. Chem. Phys. – 2002. – Vol. 78. – Р. 30–37.

[20] Бордун О. М. Влияние условий отжига на люминесцентные и фотоэлектрические свойства чистых и активированных Mn2+ тонких пленок ZnGa2O4 / О. М. Бордун, В. Г. Бигдай и И. И. Кухарский // Журн. прикл. спектр. – 2013. – Т. 80, №5. – С. 733–737.

[21] Kröger F. A. The Chemistry of Imperfect Crystals, / F. A. Kröger. – Amsterdam: North-Holland, 1974. – 328 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/eli.16.9

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.