2. Epitaksiale dunfilmgroei
Die substraat verskaf 'n fisiese ondersteuningslaag of geleidende laag vir Ga2O3-kragtoestelle. Die volgende belangrike laag is die kanaallaag of epitaksiale laag wat gebruik word vir spanningweerstand en draervervoer. Ten einde afbreekspanning te verhoog en geleidingsweerstand te minimaliseer, is beheerbare dikte en dopingkonsentrasie, sowel as optimale materiaalkwaliteit, 'n paar voorvereistes. Hoë kwaliteit Ga2O3 epitaksiale lae word tipies gedeponeer deur gebruik te maak van molekulêre bundel epitaksie (MBE), metaal organiese chemiese dampneerslag (MOCVD), halied dampneerslag (HVPE), gepulseerde laser afsetting (PLD), en mis CVD gebaseerde afsettingstegnieke.
Tabel 2 Enkele verteenwoordigende epitaksiale tegnologieë
2.1 MBE metode
MBE-tegnologie is bekend vir sy vermoë om hoë kwaliteit, defekvrye β-Ga2O3-films met beheerbare n-tipe doping te kweek as gevolg van sy ultrahoë vakuumomgewing en hoë materiaalsuiwerheid. As gevolg hiervan het dit een van die mees bestudeerde en potensieel gekommersialiseerde β-Ga2O3-dunfilmafsettingstegnologieë geword. Daarbenewens het die MBE-metode ook suksesvol 'n hoë-gehalte, laaggedoteerde heterostruktuur β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 dun filmlaag voorberei. MBE kan oppervlakstruktuur en -morfologie intyds met atoomlaag-presisie monitor deur refleksie hoë-energie elektrondiffraksie (RHEED) te gebruik. β-Ga2O3-films wat met MBE-tegnologie gekweek word, staar egter steeds baie uitdagings in die gesig, soos lae groeitempo en klein filmgrootte. Die studie het bevind dat die groeitempo in die orde van (010)>(001)>(−201)>(100) was. Onder effens Ga-ryk toestande van 650 tot 750°C, vertoon β-Ga2O3 (010) optimale groei met 'n gladde oppervlak en hoë groeitempo. Deur hierdie metode te gebruik, is β-Ga2O3 epitaksie suksesvol bereik met 'n RMS grofheid van 0.1 nm. β-Ga2O3 In 'n Ga-ryke omgewing word MBE-films wat by verskillende temperature gekweek is in die figuur getoon. Novel Crystal Technology Inc. het suksesvol epitaksiaal 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE wafers vervaardig. Hulle verskaf hoë kwaliteit (010) georiënteerde β-Ga2O3 enkelkristal substrate met 'n dikte van 500 μm en XRD FWHM onder 150 boogsekondes. Die substraat is Sn gedoteerd of Fe gedoteerd. Die Sn-gedoteerde geleidende substraat het 'n doteringkonsentrasie van 1E18 tot 9E18cm−3, terwyl die yster-gedoteerde semi-isolerende substraat 'n weerstand hoër as 10E10 Ω cm het.
2.2 MOCVD metode
MOCVD gebruik organiese metaalverbindings as voorlopermateriaal om dun films te laat groei en sodoende grootskaalse kommersiële produksie te bewerkstellig. Wanneer Ga2O3 met die MOCVD-metode gekweek word, word trimetielgallium (TMGa), triëtielgallium (TEGa) en Ga (dipentielglikolformiaat) gewoonlik as die Ga-bron gebruik, terwyl H2O, O2 of N2O as die suurstofbron gebruik word. Groei met hierdie metode vereis gewoonlik hoë temperature (>800°C). Hierdie tegnologie het die potensiaal om lae draerkonsentrasie en hoë en lae temperatuur elektronmobiliteit te bereik, so dit is van groot belang vir die verwesenliking van hoëprestasie β-Ga2O3 kragtoestelle. In vergelyking met die MBE-groeimetode, het MOCVD die voordeel om baie hoë groeitempo's van β-Ga2O3-films te bereik as gevolg van die eienskappe van hoë-temperatuur groei en chemiese reaksies.
Figuur 7 β-Ga2O3 (010) AFM beeld
Figuur 8 β-Ga2O3 Die verwantskap tussen μen plaatweerstand gemeet deur Hall en temperatuur
2.3 HVPE metode
HVPE is 'n volwasse epitaksiale tegnologie en is wyd gebruik in die epitaksiale groei van III-V saamgestelde halfgeleiers. HVPE is bekend vir sy lae produksiekoste, vinnige groeitempo en hoë filmdikte. Daar moet kennis geneem word dat HVPEβ-Ga2O3 gewoonlik growwe oppervlak morfologie en hoë digtheid van oppervlak defekte en putte vertoon. Daarom is chemiese en meganiese poleerprosesse nodig voordat die toestel vervaardig word. HVPE-tegnologie vir β-Ga2O3-epitaksie gebruik gewoonlik gasvormige GaCl en O2 as voorlopers om die hoë-temperatuur reaksie van die (001) β-Ga2O3 matriks te bevorder. Figuur 9 toon die oppervlaktoestand en groeitempo van die epitaksiale film as 'n funksie van temperatuur. In onlangse jare het Japan se Novel Crystal Technology Inc. aansienlike kommersiële sukses behaal in HVPE-homepitaksiale β-Ga2O3, met epitaksiale laagdiktes van 5 tot 10 μm en wafelgroottes van 2 en 4 duim. Daarbenewens het 20 μm dik HVPE β-Ga2O3-homoepitaksiale wafers wat deur China Electronics Technology Group Corporation vervaardig word, ook die kommersialiseringstadium betree.
Figuur 9 HVPE metode β-Ga2O3
2.4 PLD metode
PLD-tegnologie word hoofsaaklik gebruik om komplekse oksiedfilms en heterostrukture te deponeer. Tydens die PLD-groeiproses word fotonenergie aan die teikenmateriaal gekoppel deur die elektronemissieproses. In teenstelling met MBE, word PLD-brondeeltjies gevorm deur laserstraling met uiters hoë energie (>100 eV) en daarna op 'n verhitte substraat neergesit. Tydens die ablasieproses sal sommige hoë-energiedeeltjies egter die materiaaloppervlak direk beïnvloed, wat puntdefekte skep en dus die kwaliteit van die film verminder. Soortgelyk aan die MBE-metode, kan RHEED gebruik word om die oppervlakstruktuur en morfologie van die materiaal intyds te monitor tydens die PLD β-Ga2O3-afsettingsproses, wat navorsers in staat stel om groei-inligting akkuraat te verkry. Die PLD-metode sal na verwagting hoogs geleidende β-Ga2O3-films laat groei, wat dit 'n geoptimaliseerde ohmiese kontakoplossing in Ga2O3-kragtoestelle maak.
Figuur 10 AFM-beeld van Si-gedopte Ga2O3
2.5 MIST-CVD metode
MIST-CVD is 'n relatief eenvoudige en kostedoeltreffende dunfilmgroeitegnologie. Hierdie CVD-metode behels die reaksie van die spuit van 'n vernevelde voorloper op 'n substraat om dunfilmafsetting te verkry. Tot dusver het Ga2O3 wat met mis CVD gekweek is, egter steeds nie goeie elektriese eienskappe nie, wat baie ruimte laat vir verbetering en optimalisering in die toekoms.
Postyd: Mei-30-2024