【国际论文】以 GaI₃ 和 O₃ 为前驱体通过原子层沉积法生长的 Ga₂O₃薄膜的光学特性

        近期，由爱沙尼亚塔尔图大学的研究团队在学术期刊Journal of Materials Chemistry C发布了一篇名为Optical properties of Ga₂O₃ thin films grown by atomic layer deposition using GaI₃ and O₃ as precursors（以 GaI₃ 和 O₃ 为前驱体通过原子层沉积法生长的 Ga₂O₃ 薄膜的光学特性）的文章。

摘要

        研究了在Si(100)和无定形SiO₂衬底上，通过原子层沉积法（ALD）使用GaI₃和O₃生长的Ga₂O₃薄膜的性能。在450-550°C下，沉积在裸Si和SiO₂衬底上的Ga₂O₃薄膜中包含κ-Ga₂O₃相，而不能排除这些薄膜中存在ε-Ga₂O₃相的可能性。在涂有α-Cr₂O₃的衬底上，于275-550°C温度范围内得到了α-Ga₂O₃。晶相的形成显著增加了薄膜的密度、粗糙度和生长速率。测得厚度超过70 nm的κ/ε-Ga₂O₃和α-Ga₂O₃薄膜的折射率分别为1.96 ± 0.03和2.01 ± 0.02。在150-425°C下沉积在Si上的无定形薄膜、在310°C下沉积在SiO₂上的薄膜以及在200-234°C下沉积在α-Cr₂O₃/Si上的薄膜的对应折射率为1.86 ± 0.03（在633 nm）。在直接光学跃迁的近似下，无定形Ga₂O₃、κ/ε-Ga₂O₃和α-Ga₂O₃的光学带隙能量分别为4.96、5.22–5.28和5.28 eV；在间接光学跃迁的近似下，分别为4.27、4.43和5.09 eV。κ/ε-Ga₂O₃和α-Ga₂O₃薄膜作为硅表面的有效减反射涂层，将反射率分别降低至0.20%和0.12%。

图 1 (a)、(b) 生长在 (a) 裸硅和 (b) α-Cr₂O₃/Si 衬底上的 74-97 nm 厚 Ga₂O₃ 薄膜，以及 (c)、(d) 生长在 (c) SiO₂ 和 (d) α-Cr₂O₃/SiO₂ 和 α-Cr₂O₃/Si 衬底上的 185-319 nm 厚 Ga₂O₃ 薄膜的共面 θ-2θ-XRD 衍射图。生长温度和薄膜厚度显示在相应的衍射图上。(b) α-Cr₂O₃ 种子层厚度 (dSL) 为 9 ± 3 nm。α-Ga₂O₃（α）和κ-Ga₂O₃（κ）的米勒指数加到相应的 XRD 反射上。可归因于基底和/或衍射仪样品台的反射用星号标出。

图 2 在裸硅上生长的 210 nm 厚 Ga₂O₃薄膜（实线）和在裸二氧化硅上生长的 180 nm 厚 Ga₂O₃薄膜（虚线）在不同倾角 χ 下以非共面 θ-2θ 几何形状记录的部分 XRD 反射。薄膜生长温度为450 °C。 

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D4TC01846J