【外延论文】(010) β-Ga₂O₃ 衬底上生长的应变 β-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃ 薄膜裂纹研究

        由美国加州大学洛杉矶分校的研究团队在学术期刊 APL Materials 发布了一篇名为Crack formation in strained β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ films grown on (010) β-Ga₂O₃ substrates（(010) β-Ga₂O₃ 衬底上生长的应变 β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ 薄膜裂纹研究）的文章。

摘要

        本文研究了生长在 Ga₂O₃ 衬底上的 (010) β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ 薄膜中裂纹形成与局部应变松弛的规律。研究发现，裂纹产生与薄膜厚度及铝含量呈正相关关系。研究团队利用 X 射线衍射和电子显微镜结合仿真建模，揭示裂纹沿 (001) 和 (100) 解理面延伸至衬底内部。倒易空间图（RSM）显示，裂纹附近的应变释放会引起晶格倾斜，倾斜范围约为距裂纹边缘 350 nm。虽然非对称 RSM 显示外延层整体处于应变状态，但散射分布表明局部区域发生了弹性变形。例如，在厚度 200 nm、成分为 (Al_0.13Ga_0.87)₂O₃ 的薄膜中，裂纹间平均间距为 3.3 μm，大部分外延层保持完全应变，仅裂纹附近发生弹性松弛，与氧化镓材料的泊松比相符。研究还建立了一个倒易空间模型，将有限元模拟得到的应变与倾斜分布导入，用以解释实验结果。作者指出，其他关于 (Al_xGa_1−x)₂O₃ 外延层的研究中，亦可在 RSM 图中观察到类似的裂纹迹象。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0268363