近年來，基于柔性襯底的柔性電子學(xué)研究在全球范圍內(nèi)受到越來越廣泛的關(guān)注，美國《科學(xué)》雜志將有機電子技術(shù)進展列為2000年世界十大科技成果之一，與人類基因組草圖、生物克隆技術(shù)等重大發(fā)現(xiàn)并列。柔性電子器件主要包括柔性傳感、柔性醫(yī)療以及柔性顯示等，因其獨特的延展性、便攜性及高效、低廉的制造工藝，在日常生活、醫(yī)療、軍事、能源和計算機等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在柔性襯底的選擇上，聚甲基苯烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）、聚乙烯對苯二甲酯（ＰＥＴ）、聚碳酸酯（ＰＣ）等均可用于光學(xué)器件的制備，但是耐溫性能的不足限制了其在微電子以及光電子等領(lǐng)域的應(yīng)用。為了解決這一問題，科研人員開始嘗試新的可替代襯底材料。其中，KAPTON作為一種極好的耐高溫柔性材料，具備優(yōu)良的力學(xué)、介電、耐輻射和耐溶劑等性能，因此成為目前柔性襯底材料的**。截止目前，科研人員已經(jīng)成功在KAPTON襯底上生長了一些化合物半導(dǎo)體薄膜，為之后制作柔性光電子器件鋪平了道路。
在這些半導(dǎo)體材料中，ＧａＮ 具有禁帶寬度大、擊穿電場高、電子飽和漂移速度高，以及介電常數(shù)小等特性，在光顯示、光存儲等光電領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和研究價值。此外，ＧａＮ憑借其優(yōu)異的抗輻射能力和良好的熱穩(wěn)定性，在高頻高功率光電器件領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，與ＳｉＣ、ＺｎＯ等材料共同被譽為第三代半導(dǎo)體材料。雖然ＧａＮ具有優(yōu)良的電學(xué)和光學(xué)特性，但是由于ＧａＮ薄膜外延層的沉積溫度高，不能與柔性器件的低溫要求相匹配，因此該材料的研究和應(yīng)用絕大部分都是基于傳統(tǒng)的剛性襯底。
為了研制柔性氮化物光電器件，首先需要把氮化物薄膜與柔性襯底結(jié)合在一起。然而柔性襯底難以承受氮化物制備時的高溫（大于800℃），為了解決這一問題，大部分研究人員選擇將藍寶石、Ｓｉ表面外延生長的氮化物進行剝離并轉(zhuǎn)移至柔性襯底。然而，不論是Ｓｉ表面的化學(xué)腐蝕剝離，亦或是基于藍寶石的激光剝離［５］都會降低器件的成品率，大大增加器件的商業(yè)化成本。因此，尋找一種有效的、符合柔性器件制作要求的薄膜生長技術(shù)非常重要。等離子增強原子層沉積（ＰＥ－ＡＬＤ）技術(shù)以其獨有的低溫生長模式，在眾多方法中脫穎而出。ＰＥＡＬＤ本質(zhì)上是一種特殊的化學(xué)氣相沉積（ＣＶＤ）方法，該方法通過將氣相前驅(qū)體交替地通入反應(yīng)室并在沉積基體上發(fā)生表面化學(xué)吸附反應(yīng)，從而逐層形成薄膜。此外，ＰＥ－ＡＬＤ獨有的自限制反應(yīng)機制使其具有優(yōu)異的三維共形性、大面積均勻性以及原子尺度膜厚控制等特點。
近年來，ＰＥ－ＡＬＤ已經(jīng)在柔性電子領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。2016年，比爾肯特大學(xué)的研究人員首次使用ＰＥ－ＡＬＤ技術(shù)在柔性聚萘二甲酸乙二醇酯（ＰＥＮ）上成功制備出原型ＧａＮ薄膜晶體管。器件的開關(guān)比接近１０３，具有良好的飽和輸出特性。然而，器件的性能提升可能受限于較低的（200℃）沉積溫度。另外，文中也并沒有對ＰＥ－ＡＬＤ 制備ＧａＮ 薄膜的物性進行分析。
采用等離子增強原子層沉積技術(shù)（ＰＥ－ＡＬＤ）在３５０℃溫度下，在KAPTON柔性襯底上直接生長出多晶ＧａＮ薄膜。利用低角度掠入射Ｘ射線衍射儀、ＡＦＭ、ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＸＰＳ對薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌及薄膜成分進行了表征和分析。結(jié)果表明，薄膜呈多晶態(tài)，且具有良好的均勻性；薄膜中的Ｎ元素全部以Ｎ－Ｇａ鍵形式存在；大部分Ｇａ元素以Ｇａ－Ｎ鍵形式構(gòu)成ＧａＮ；少量的Ｇａ元素分別以Ｇａ－Ｇａ鍵和Ｇａ－Ｏ鍵形式構(gòu)成金屬鎵以及Ｇａ２Ｏ３。研究發(fā)現(xiàn)，雖然KAPTON具有較好的耐高溫性，但ＧａＮ會反向擴散進入KAPTON襯底，形成具有一定厚度的ＧａＮ擴散層。