多孔氮化镓半导体材料的可控制备及其性能研究

发布时间：2021-09-29 10:10

　　本文以在蓝宝石衬底上外延生长的氮化镓（GaN）为原材料,通过光电化学湿法刻蚀、光化学湿法刻蚀、小球模板法刻蚀以及烘干、旋涂、提拉、蒸镀、沉积等半导体材料的工艺方法,初步实现了图形化可控刻蚀GaN的目的,并利用III-V族半导体的优势实现光致发光、光电流响应和表面增强拉曼散射等应用。研究内容包括以下三个方面:1.以300W氙灯为光源,通过光辅助电化学刻蚀的方法,利用离子液体作为刻蚀液,对GaN进行造孔,表面粗糙化的刻蚀。分析了1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐和1-乙基3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐这三种相同阳离子且不同阴离子基团的离子液体对GaN刻蚀形貌的影响,并分析了1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-辛基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐这三种相同阴离子,不同阳离子基团的离子液体对GaN刻蚀形貌的影响。随后选用1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐作为刻蚀剂进行刻蚀电压和刻蚀时间的优化实验,并对晶格结构、化学键进行测试分析。2.对GaN表面进行可控的图形化刻蚀。分别采用孔径为35μm和6.5μm的铜网作为掩膜通过光电化学... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光电化学刻蚀氮化镓实验装置示意图

图 2.1 光电化学刻蚀氮化镓实验装置示意图果讨论用Hitachi S-4800型冷场发射扫描电子显微镜对刻蚀后的GaN片表面征。图 2.2 为利用[EMIM][OTF]、[EMIM][NTF2]、[EMIM][CF3OAcaN 片以及平面 GaN 的扫描电子显微镜图。根据 SEM 图像可以发现件下不同阴离子的离子液体对 GaN 的刻蚀效果有很大的差别。

所以根据刻蚀后的形貌可以确定[EMIM][OTF]是光电化学刻蚀 GaN 中相对理想的离子液体刻蚀剂之一。刻蚀机理示意图如图 2.3 所示。在 300W 的氙灯垂直照射和电场的作用下，GaN 中的电子从价带激发到导带上，实现电子与空穴的分离。随后，空穴从 GaN的内部移动到 GaN 与离子液体的界面处，由于离子液体中的阴离子比水溶液中的阴离子静电吸引能力更强，在固液界面处会与空穴相互作用。因此 Ga 原子与N 原子之间的三键断裂，Ga3+溶解到离子液体中形成化合物。两个氮原子结合生成 N2，在实验中可以观察到有大量的气泡产生可以证明这一点。总而言之，转移到 GaN 表面的空穴即是刻蚀的中心。以[EMIM][OTF]为例可以推断刻蚀的反应式：2GaN + 6h++ 6CF3SO3-= 2Ga(CF3SO3)3+ N2↑。图 2.3 刻蚀机理示意图图 2.4 是[EMIM][OTF]、[EMIM][NTF2]、[EMIM][CF3OAc]三种离子液体结构式，如图 2.4 所示实验中选择的均是 1-乙基-3-甲基咪唑三氟基离子液体

【参考文献】：
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本文编号：3413534