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RTP快速退火炉的合金化在GaN基HEMT传感器中的应用

  • 分类: 学术知识
  • 作者:周酉林
  • 来源:武汉嘉仪通科技有限公司
  • 发布时间:2024-04-09
  • 访问量: 102

【概要描述】GaN基HEMT传感器是基于AIGaN/GaN异质结处的二维电子气(2DEG)易受表面态控制的特性而···

RTP快速退火炉的合金化在GaN基HEMT传感器中的应用

【概要描述】GaN基HEMT传感器是基于AIGaN/GaN异质结处的二维电子气(2DEG)易受表面态控制的特性而···

  • 分类: 学术知识
  • 作者:周酉林
  • 来源:武汉嘉仪通科技有限公司
  • 发布时间:2024-04-09
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GaNHEMT传感器是基于AIGaN/GaN异质结处的二维电子气(2DEG)易受表面态控制的特性而发展起来的一种新型传感探测器件。在GaN HEMT 结构中异质结AIGaN/GaN 界面处会形成一个2DEG的表面通道,势阱中的2DEG受控于栅极电压,且这层2DEG十分接近表面,对表面的状态十分敏感。AIGaN/GaN 异质结对离子、极性液体、氢气和生物材料具有强烈的敏感性[1],此后研究者们便展开了以GaNHEMT为结构的一系列传感器的研究。目前研究相对比较成熟的主要有气体传感器和生物传感器[2]

苏等人[3]研发了一款基于Pt NPs/AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件,仅通过调整工作温度,证明了氢(H2)和氨(氨)的双气检测适合于多气检测和电子鼻等应用领域,如图1左图所示基于GaNHEMT气体传感器,通过MOCVD20×20毫米的Si111)衬底上形成的,采用了AlGaN/GaN  HEMT具备有序的层状构造,包括初AlGaN/GaN/AlGaN在器件制作过程中,采用磁控溅射设备沉积了欧姆接触Ti/Al/Ti/Au多层膜。为了在金属多层膜与AlGaN之间形成欧姆接触,在氮气中使用红外退火炉RTPIRLA-1200JouleYachtChina)在650C下进行了60 s的快速退火1右图展示了HEMT器件的结构、传感器阵列的光学图像、HEMT器件的扫描电子显微镜(SEM)图像以及单个设备的放大SEM图像。

WPS图片(1).pngWPS图片(1).png


 

1 气体传感器的应用示意图及HEMT器件的结构图和实物图

作者研究了从120C200C的不同工作温度下的气体传感性能。在图2左图中,可以清楚地看到,在120C时,H2的响应大约是NH3的两倍,这表明Pt/AlGaN/GaN HEMT器件在相对较低的工作温度下对H2气体更为敏感。在图2右图中,将温度进一步提高到200C,但NH3的响应比H2气体的响应明显增大其中NH3H2的响应分别为135.9%90.1%。虽然对H2的选择性不高,但Pt/AlGaN/GaN HEMT确实通过简单地调整工作温度从H2变为氨传感器。

                                                                                                                          

图三.png图四.png


2 120℃和200℃下HEMTH2NH3的响应程度

3左图描述了HEMT传感器对1~100ppm浓度NH3的响应数据展现出该传感器的NH3的高灵敏特性。为了评估其稳定性,对传感器的100 ppm NH3的响应被监测和测量了半年的时间。该装置被储存在空气中,没有任何包装。如图3右图所示保存180天后,响应时间没有明显变化,响应值从159%略有下降到148%,表明其具有良好的长期稳定性。

第三组图.png 


高灵敏度和高稳定性的Pt/AlGaN/GaN HEMT器件具有的高响应速度和高耐久性也源于RTP快速退火炉的良好表现,RTP系列产品是武汉嘉仪通科技有限公司的核心产品,在薄膜材料制备及热处理方面展现出诸多优势,形成鲜明的行业竞争力,高质量薄膜材料提供了快速升降温、精准控温的高均匀性的高温场和气氛保护,具体表现在

 快速升温的高温场能够促进金属层的热扩散,获得更低的接触电阻,形成欧姆接触

 精准控温能够提高欧姆接触的稳定性,具有高重复性、高稳定性的欧姆接触。

 气氛填充有助于避免金属电极的高温氧化,降低表面电阻率,或者不同流速的调控可以对反应速率进行细微控制。

此外,嘉仪通快速退火炉(RTPRapid Thermal Processing)产品,采用红外辐射加热及冷壁技术,可实现对薄膜材料的快速升温和降温,同时搭配超高精度的温度控制系统,可达到极佳的温场均匀性和稳定性。

嘉仪通(JouleYacht)快速退火炉系列可处理1-12样品,对材料的金属合金化快速热处理、快速热退火、快速热氧化及快速热氮化等研究和生产起到重要作用。

 

参考文献:

[1] Fauzi N, Mohd Asri R I, Mohamed Omar M F, et al. Status and Prospects of Heterojunction-Based HEMT for Next-Generation Biosensors[J]. Micromachines, 2023, 14(2): 325.

[2] 朱彦旭, 王岳华, 宋会会, . 基于 GaN HEMT 结构的传感器件研究进展[J]. 发光学报, 2016, 37(12): 1545-1553.

[3] Su H, Wang Y, Xu F, et al. Dual-gas sensor based on the Pt NPs/AlGaN/GaN high electron mobility transistor for H 2 and NH 3 gases detection[J]. IEEE Sensors Journal, 2023.

 


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