离子注入预非晶化技术实现Ni/GaN低温固态反应的新突破

本文创新性地采用离子注入预非晶化（PAI）技术，通过4 keV Al+离子注入（剂量1E16 at.cm-2）在600℃退火条件下成功诱导Ni/GaN固态反应。研究通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）证实，该方法虽未实现GaN表面完全非晶化，但显著降低了Ni3Ga形成的能垒，为GaN基器件欧姆接触制备提供了新思路。

　　

Highlight

本研究突破性地采用离子注入预非晶化（Pre-amorphization by implantation, PAI）技术，在GaN表面成功构建反应活性位点，为低温条件下实现Ni/GaN固态反应（Solid-State Reaction, SSR）提供了全新解决方案。

Results

图3显示参考样品与注入样品的θ-2θ XRD图谱。两种样品均检测到GaN、Ni₃Ga和TiN相（分别对应ICDD数据库PDF卡片00-050-0792、04-003-2233和00-038-1420）。值得注意的是，尽管离子注入对样品表面造成损伤，但GaN衍射峰的半高宽（FWHM）在两组样品中未表现显著差异。

Discussion

第三章节结果表明，600℃退火条件下沉积在GaN衬底上的30 nm镍薄膜会形成Ni₃Ga合金。有趣的是，金属沉积前衬底的晶态差异会导致完全不同的形成机制：参考样品（晶态衬底）通过Ga原子向外扩散形成合金，而注入样品（损伤晶态）则呈现镍原子向衬底渗透的逆向扩散模式。

Conclusion

本文提出的创新方法通过离子注入预损伤GaN衬底，将镓化物金属间化合物的形成温度显著降低至600℃以下。通过XRD、TEM和AFM等多维表征手段，不仅证实了Ni原子在低温下向衬底渗透的现象，更为开发新一代GaN基器件低温欧姆接触工艺奠定了理论基础。