ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Методы получения нитрида галлия 6
2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 15
2.1 Фемтосекундная лазерная установка ТЕТА-10 17
2.2 Ход работы первого эксперимента: 20
2.3 Эксперимент №2 25
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Перед нами стоит задача: изучить свойства нитрида галлия и исследовать его модифицированную поверхность с помощью фемтосекундной лазерной установки.
Нитрид Галлия - это бинарное соединение Галлия и Азота (GaN).Тема модификации поверхности массивного образца данного соединения очень актуальна, так как оно используется для создания полупроводниковых лазеров, светодиодов, транзисторов и солнечных батареях. Также нитрид галлия находит применение в оптоэлектронике в связи с тем, что материалы на его основе активны в коротковолновой области видимого спектра и в УФ-диапазоне.
Основные преимущества GaNявляется высокая радиационная, термическая и химическая стойкость, а также высокая теплопроводность. Элементы силовой и сверхвысокочастотной электроники GaNпревосходят аналогичные структуры на основе (Si)по техническим параметрам.
Сложно реализовать совершенную структуру на основе GaNобласть его применения ограничивается, в основном, в качестве материала светодиодов в широком диапазоне длин волн. На основе GaNразработаны инжекционные лазеры синего и фиолетового диапазона длин волн.
Сегодня известны примеры реализации силовой и СВЧ электроники, например, один из них, диоды Шоттки, на основе GaN.Диод Шоттки - разновидность полупроводникового диода, его отличительная способность это малое падение напряжения при прямом включении, обладает малой емкостью. Но недостаток таких диодов заключается в том, что в случае краткосрочного превышения допустимого уровня обратного напряжения диод Шоттки выходит из строя.
Исследования экспериментальных приборов на основе нитрида галлия показали, что характеристики устройств существенно превышают их аналоги на
Кроме того, нитрид галлия в отличие от кремния является прямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 3,39 эВ при 300 К. В чистом виде он способен противостоять растрескиванию и может храниться как тонкая пленка на сапфире или карбиде кремния, несмотря на несоответствие в их постоянных решетках.
Сапфир является распространенным материалом подложки в виду - изолятор, поэтому все приборные структуры, выращенные на сапфире, имеют планарную компоновку. В результате чего, реализуемая приборная структура имеет сложную конструкцию, а занимаемая прибором площадь значительна. При такой компоновке все контакты к приборной структуре выполняются на рабочей стороне прибора. При этом из-за планарной компоновки приборной структуры в активную область прибора работает малая часть активной области структуры. Также малое значение теплопроводности сапфировой подложки по сравнению с GaN ограничивает ее характеристики приборов из-за перегрева и деградации структуры на границе GaN/подложка. В результате чего, приборные структуры на основе GaN, выращенные на сапфировых подложках, имеют рабочие характеристики ниже теоретически возможных для гомоэпитаксиальных структур GaN-on-GaN.
Если выращивать пленки и GaN структуры непосредственно на подложках из GaN, то можно решить некоторые ограничения. При реализации такой процедуры отпадает необходимость в использовании буферных слоев и появляется возможность отойти от планарной компоновки приборной структуры с переходом к производству вертикальных приборных GaN структур. Привлекательность вертикальной компоновки приборной структуры объясняется возможностью пропускания тока через всю активную область структуры, а разводка контактов на обеих сторонах позволяет уменьшить площадь, занимаемую структурой
Перед нами стояла задача исследования процесса, с помощью которого производилась лазерная модификация массивного образца нитрида галлия.
Мы взяли именно это соединения в виду своей уникальности. Приборы на основе GaN существенно превышают характеристики устройств по надежности и быстродействию в отличие от их аналогов, например, на арсениде галлия и карбиде кремния.
Данное соединение обладает высокой радиационной, термической и химической стойкостью, а также высокой теплопроводностью.
Мы решили экспериментально модифицировать данный материал с помощью лазерной фемтосекундной установки ТЕТА-10. Модифицировать, то есть добиться изменения поверхности массивного образца и получить наночастицы нитрида галлия.
В виду полученных результатов эксперимента можно сделать следующий вывод: модифицировать образец, можно только при взаимодействии его с фемтосекундным лазером. Это объясняется тем, что механизм поглощения энергии отличается от других лазеров тем, что параметры фемтосекундной установки такие как мощность лазера (регулировалась, согласно эксперименту), диаметр сфокусированного пятна, длительность импульса (280 фс) меняется.
Подводя итог, можно утверждать, что за счет меньшего диаметра сфокусированного пятна и времени воздействия на структуру, будет оказываться меньшее повреждение поверхности массивного образца, то есть материал будет обрабатываться лучше при взаимодействии с лазером, у которого длительность импульса меньше.
