Изготовление и иследование низкоразмерных структур на основе нитрида галия
|
СтатусДиссертация была зашищена 4 марта 2011Утверждена Национальным Советом 31 марта 2011 Автореферат – 0.72 Mb / на румынском |
Ключевые слова
GaN, наноструктурирование, мембраны, радиационная стойкость, наноструктуры, фотоэлектрохимического травления, фокусированный ионный луч, датчик газа, резонансная рамановская спектроскопия, фотолюминесценция.Аннотация
Данная работа представляет собой дальнейшее развитие новой технологии безмасковой литографии, так называемой литографии поверхностного заряда (ЛПЗ), применяемой для создания микро- и наноструктур на основе материала нитридa галия (GaN). В предлагаемом инновационном безмасковом литографическом процессе используется фокусированный ионный луч, с помощью которого облучается поверхность GaN, создавая отрицательный заряд на облученной области, и защищая ее таким образом во время фотоэлектрохимического (ФЭХ) травления. Данная технология, в отличии от часто используемой технологии наноструктурирования GaN, включающей стандартный литографический процесс с последующим реактивным ионным травлением (РИТ) и травлением фокусированным ионным лучом (ТФИЛ), позволяет создавать микро- и наноструктуры с высокой точностью воспроизведения исходного профиля без дополнительной литографической маски при высокой скорости ФЭХ травления, таким образом сокращая продолжительность литографического процесса и уменьшая колличество вносимых при облучении материала дефектов.
Для изучения оптических свойств микроструктур GaN, полученных в результате облучения образца ионами аргона и последующего ФЭХ травления, были использованы методы катодолюминесцентной микроскопии (КЛ) и спектроскопии. Полученные монохроматические изображения и спектры показывают увеличение интенсивности некоторых эмиссионных линий, относящиися к внесённым дефектам, наблюдаемые вокруг каждой микроструктуры на расстоянии до 10 мкм. Подавляющая часть излучения наноколонн при КЛ обуславливается переходом свободных электронов из зоны проводимости на уровни акцепторов, в то время как в слоях GaN, подвергшихся травлению, преобладает экситонная люминесценция. Исследование боковых стен микроструктур показало, что пик эмиссии с центром 3,41 эВ, относящиися к экситонным связям структурных дефектов, эффективно подавляется после проведения ФЭХ травления только в наноколоннах.
Полезность ФЭХ технологии для наноструктурирования GaN с целью увеличения его радиационной устойчивости была продемонстрирована в ходе проведения резонансной рамановской спектроскопии (РРС) и анализа фотолюминесценции (ФЛ). Экситонная люминесценция вблизи запрещенной зоны преобладает в излучаемом спектре наноструктурировных областей GaN вплоть до дозы облучения 1012cм−2 тяжелыми ионами высоких энергий, в то время как люминесценция других областей при данном уровне облучения практически отсутствует. При бÓльших дозах облучения линии рамановского спектра выражены гораздо интенсивней в наноструктурированных областях. Из результатов спектрального анализа и анализа ФЛ очевидно улучшение радиационной устойчивости GaN более чем на порядок благодаря наноструктурированию. Данные результаты показывают потенциальную привлекательность технологии ФЭХ наноструктурирования GaN для разработки устройств, устойчивых к воздействию радиации.
Химическая и радиационная стойкость GaN, а также высокий температурный режим мотивировали создать датчик газа, основанный на его наноструктурировном слое. Датчик демонстрирует высокую чувствительность по отношению к газообразному оксиду углерода. Было продемонстрировано значительное снижение чувствительности датчика после его облучения тяжелыми ионами высоких энергий. Последующий быстрый термический отжиг позволял восстановить чувствительность вплоть до 50 % от номинальной - в зависимости от дозы облучения и температуры отжига.
Для создания датчиков газа, основанных на наноструктурированом GaN, и способных выявлять CO и H2, был использован безмасковый литографический процесс. Также был продемонстрирован метод повышения чувствительности датчика, использующий тонкий слой платины.
Официальные оппоненты
- Emil Rusu
доктор хабилитат, доцент, Институт Электронной Инженерии и Нанотехнологий имени Д. Гицу - Simion Raevschi
доктор, доцент
Члены Ученого Совета
- Petru Gaşin, председатель
доктор хабилитат, профессор, Государственный Университет Молдовы - Dormidont Şerban, секретарь
доктор хабилитат, Институт прикладной физики - Dmitrii Nedeoglo, член
доктор хабилитат, профессор, Государственный Университет Молдовы - Eugen Gheorghiţă, член
доктор хабилитат, профессор, Тираспольский государственный университет - Mihail Iovu, член
доктор хабилитат, профессор, Институт прикладной физики
Диссертации
