异质外延生长ε-Ga2O3薄膜的热膨胀性能研究

《Advanced Engineering Materials》：Investigation on the Thermal Expansion Property of ε-Ga2O3 Thin Films Grown by Heteroepitaxy

ε-Ga?O?薄膜残余应力研究首次揭示其各向异性热膨胀系数，分别为（001）面10.8–11.2×10??/°C和垂直面5.03–7.66×10??/°C，发现与Si基底热失配率达209%时易开裂，而蓝宝石基底因失配率54%可实现700nm厚膜无开裂。

　　

摘要

新型功能材料和器件的快速发展带来了更为严峻的材料生长挑战。值得注意的是，应力工程影响着从材料生长、制备到封装的整个过程。本文研究了ε-Ga₂O₃薄膜的残余应力，这是一种缺乏体晶结构的新兴宽禁带半导体。研究采用了温度依赖的高分辨率X射线衍射ω-扫描技术来测量其曲率，发现所有ε-Ga₂O₃样品都存在较高的拉伸应力。通过结合Stoney方程，首次得到了ε-Ga₂O₃的热膨胀系数：沿(001)方向为10.8?–?11.2?×?10^?6?°C^?1，垂直于(001)方向为5.03–7.66?×?10^?6?°C^?1。由于热失配差异显著（与Si相比为209%，与蓝宝石相比为54%），700纳米厚的Si基ε-Ga₂O₃样品出现了裂纹，而1800纳米厚的蓝宝石基样品则未出现裂纹。这项工作为ε-Ga₂O₃的应力工程提供了新的见解，并为非体晶功能材料的异质外延体系提供了一种通用的热膨胀测量方法。

图形摘要

高质量的异质外延ε-Ga₂O₃（一种新型宽禁带半导体）存在较高的残余应力。研究采用了温度依赖的高分辨率X射线衍射技术进行应力测量。首次得到了ε-Ga₂O₃的热膨胀系数：沿(001)方向为10.8?–?11.2?×?10^?6?°C^?1，垂直于(001)方向为5.03?–?7.66?×?10^?6?°C^?1。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。