在氧气供应下, (001) β-Ga₂O₃的HCl气蚀刻行为

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 半导体加工 半导体加工
• 表面化学 表面化学

背景情况:

• 氧化 (β-Ga₂O₃) 是电力电子的一个有前途的半导体.
• 无等离子蚀刻方法对于精确的半导体设备制造是可取的.
• 了解不同条件下的蚀刻行为是优化材料性能的关键.

研究的目的:

• 为了研究 (001) β-Ga₂O₃的平面和横向蚀刻特性,使用控制氧气供应的HCl气体.
• 为了确定氧气部分压力和温度对蚀刻速率,表面形态和异性质的影响.
• 评估HCl气蚀刻的可行性,用于无血处理β-Ga₂O₃.

主要方法:

• 对 (001) β-Ga₂O₃进行了蚀刻实验,使用不同氧气部分压力 (0-2.5 kPa) 和温度 (645-1038°C) 的HCl气体.
• 测量了平面蚀刻速率 (PER) 和侧面蚀刻速率 (LER).
• 使用根平均平方 (RMS) 测量量来量化表面粗度.
• 分析 anisotropy 使用一个轮图案的面具.

主要成果:

• 平面蚀刻速率在747°C时随氧气增加而略有下降,但在1.25kPaO2温度时增加,形成高原.
• 最小的氧气供应有效地降低了RMS粗度,在747°C时降低到<1nm.
• 表面粗度在947°C以上显著增加,这表明较低的温度会产生更光滑的表面.
• 侧边蚀刻速率表现出显著的异构性,在<010>方向的速度更高.
• 较高的温度 (>947°C) 导致了多面侧墙,而较低的温度 (<848°C) 导致了更光滑的侧墙.

结论:

• 控制氧气供应和温度是实现β-Ga₂O₃中所需蚀刻特性的关键参数.
• 无等离子液气蚀刻为制造光滑的β-Ga₂O₃表面提供了一个可行的途径.
• 优化的蚀刻条件可以使高性能β-Ga₂O₃设备的生产.