【外延论文】使用三甲基镓和 H₂O 热原子层沉积 Ga₂O₃ 薄膜

        近期，由北京石油化工学院的研究团队在学术期刊 Journal of Crystal Growth 发布了一篇名为 Thermal atomic layer deposition of Ga₂O₃ films using trimethylgallium and H₂O（使用三甲基镓和 H₂O 热原子层沉积 Ga₂O₃ 薄膜）的文章。

摘要

        原子层沉积 (ALD) 技术被认为是制造高质量 Ga₂O₃ 薄膜的有效方法。三甲基镓 (TMG) 由于其在室温下的高蒸气压 (227 Torr) 而被广泛用作该技术中的镓前驱体。对于氧前驱体，常见的选择包括 O₃ 和 O₂ 等离子体。然而 H₂O作为氧前驱体对 Ga₂O₃ 薄膜在热原子层沉积 (TALD) 过程中的影响仍未得到充分探索。本研究调查了在 250-500 °C 温度范围内，使用 TMG 和 H₂O 作为前驱体在蓝宝石衬底上沉积 Ga₂O₃ 薄膜的温度窗口和生长特性。在 250 °C 时，沉积的 Ga₂O₃ 薄膜表现出非晶结构，而在 300-500 °C 的衬底温度范围内，它们转变为 α 相。随着温度升高，半峰全宽 (FWHM) 变窄，500 °C 时 (0006) 面向的特征峰向更高角度偏移。STEM 分析表明 α-Ga₂O₃ 薄膜与蓝宝石衬底之间完全相干，表明形成了伪晶体结构。450 °C 时薄膜的生长速率为 0.083 Å/cycle。使用 H₂O 作为氧前驱体制备的 Ga₂O₃ 薄膜表现出富 Ga 性质，在 250-500 °C 温度范围内 (Ga + Al)/O原子比为 0.88 至 0.91。薄膜的粗糙度 (Ra) 范围为 0.453 至 0.646 nm。在 400-500 °C 范围内，岛状颗粒在薄膜表面形成，随着温度升高而变平滑。薄膜的带隙在 450 °C 时达到峰值 5.50 eV。TMG 与 H₂O 在蓝宝石衬底上的反应产生 Ga₂O₃ 薄膜和 CH₄ 副产物，类似于三甲基铝过程。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2024.127974