【外延论文】在 c 面蓝宝石上通过 ALD 生长(001) κ-Ga₂O₃ 外延薄膜：厚度与热退火的影响

        由法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的研究团队在学术期刊 Journal of Materials Chemistry C 发布了一篇名为 ALD grown (001) κ-Ga₂O₃ epitaxial thin films on c-plane sapphire: Influence of thickness and thermal annealing（在 c 面蓝宝石上通过 ALD 生长 (001) κ-Ga₂O₃ 外延薄膜：厚度与热退火的影响 ）的文章。

摘要

        利用原子层沉积（ALD）技术在 c 面蓝宝石上制备高质量 κ-Ga₂O₃ 薄膜的原子层外延技术为光电子和电力电子领域开辟了新前景。然而，对于在 20 至 100 nm 范围内通过增加循环次数来增厚 κ-Ga₂O₃ 薄膜的影响，目前尚不清楚。本文研究了通过改变循环次数（从 400 次到 2000 次）来制备不同厚度的外延（001）κ-Ga₂O₃ 薄膜的原子层沉积过程。当薄膜厚度超过 20 nm 时，κ-Ga₂O₃ 薄膜的外延生长保持了低表面粗糙度，并遵循以下关系：（001）κ-Ga₂O₃ || α-Al₂O₃ (001)，κ-Ga₂O₃ [010] || α-Al₂O₃ [10-10]，以及κ-Ga₂O₃ [100] || α-Al₂O₃ [11-20]。然而，外延应变会发生弛豫过程，导致形成多个旋转畴。通过热退火处理，无论沉积薄膜的厚度如何，均显示出从 κ-Ga₂O₃ 到 β-Ga₂O₃ 的完全相变。使用 400 次循环生长的退火 Ga₂O₃ 薄膜表现出显著的低表面粗糙度，并遵循以下外延关系：β-Ga₂O₃ (-201) || α-Al₂O₃ (001) 和 β-Ga₂O₃ (010) || α-Al₂O₃ (10-10)。相比之下，使用 2000 次循环生长的退火 Ga₂O₃ 薄膜由于初始存在多个旋转畴而具有更高的结构无序性。此外，该团队还发现，在热退火前后，碳污染均保持可忽略不计。最终，通过 X 射线光电子能谱和透射电子显微镜观察，该团队发现热退火后界面附近的 Al/Ga 互扩散过程导致了富氧区的形成。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D6TC01146B