3. Epitaksial nazik təbəqənin böyüməsi
Substrat Ga2O3 güc cihazları üçün fiziki dəstək qatını və ya keçirici təbəqəni təmin edir. Növbəti mühüm təbəqə gərginliyə qarşı müqavimət və daşıyıcı daşınma üçün istifadə olunan kanal təbəqəsi və ya epitaksial təbəqədir. Qırılma gərginliyini artırmaq və keçiricilik müqavimətini minimuma endirmək üçün idarə olunan qalınlıq və dopinq konsentrasiyası, həmçinin optimal material keyfiyyəti bəzi ilkin şərtlərdir. Yüksək keyfiyyətli Ga2O3 epitaksial təbəqələri adətən molekulyar şüa epitaksisi (MBE), metal üzvi kimyəvi buxar çökməsi (MOCVD), halid buxarının çökməsi (HVPE), impuls lazer çöküntüsü (PLD) və duman CVD əsaslı çökmə üsullarından istifadə etməklə yerləşdirilir.
Cədvəl 2 Bəzi reprezentativ epitaksial texnologiyalar
3.1 MBE metodu
MBE texnologiyası ultra yüksək vakuum mühiti və yüksək material təmizliyi sayəsində idarə olunan n-tipli dopinqlə yüksək keyfiyyətli, qüsursuz β-Ga2O3 filmləri yetişdirmək qabiliyyəti ilə məşhurdur. Nəticədə, o, ən çox öyrənilmiş və potensial olaraq kommersiyalaşdırılan β-Ga2O3 nazik təbəqənin çökdürülməsi texnologiyalarından birinə çevrilmişdir. Bundan əlavə, MBE üsulu yüksək keyfiyyətli, aşağı qatqılı heterostrukturlu β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 nazik təbəqəsini uğurla hazırlamışdır. MBE yüksək enerjili elektron difraksiyasından (RHEED) istifadə edərək, atom təbəqəsinin dəqiqliyi ilə səth quruluşunu və morfologiyasını real vaxt rejimində izləyə bilir. Bununla belə, MBE texnologiyasından istifadə edərək yetişdirilən β-Ga2O3 filmləri hələ də aşağı böyümə sürəti və kiçik film ölçüsü kimi bir çox problemlərlə üzləşirlər. Tədqiqat artım tempinin (010)>(001)>(−201)>(100) ardıcıllığında olduğunu müəyyən etdi. 650-dən 750°C-ə qədər Ga ilə bir qədər zəngin şəraitdə β-Ga2O3 (010) hamar səth və yüksək böyümə sürəti ilə optimal böyümə nümayiş etdirir. Bu üsuldan istifadə edərək, β-Ga2O3 epitaksisi 0,1 nm RMS pürüzlülüyü ilə uğurla əldə edildi. β-Ga2O3 Ga ilə zəngin bir mühitdə müxtəlif temperaturlarda yetişən MBE filmləri şəkildə göstərilmişdir. Novel Crystal Technology Inc. şirkəti epitaksial olaraq 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE vafliləri uğurla istehsal etmişdir. Onlar 500 μm qalınlığı və 150 qövs saniyəsindən aşağı XRD FWHM ilə yüksək keyfiyyətli (010) yönümlü β-Ga2O3 tək kristal substratları təmin edir. Substrat Sn qatqılı və ya Fe qatqılıdır. Sn qatqılı keçirici substrat 1E18-dən 9E18cm−3-ə qədər qatqı konsentrasiyasına malikdir, dəmir qatqılı yarımizolyasiyalı substrat isə 10E10 Ω sm-dən yüksək müqavimətə malikdir.
3.2 MOCVD metodu
MOCVD nazik təbəqələr yetişdirmək üçün prekursor material kimi metal üzvi birləşmələrdən istifadə edir və bununla da geniş miqyaslı kommersiya istehsalına nail olur. MOCVD üsulu ilə Ga2O3 yetişdirildikdə, adətən Ga mənbəyi kimi trimetilqallium (TMGa), trietilqallium (TEGa) və Ga (dipentilqlikol format), oksigen mənbəyi kimi isə H2O, O2 və ya N2O istifadə olunur. Bu üsuldan istifadə etməklə böyümə ümumiyyətlə yüksək temperatur tələb edir (>800°C). Bu texnologiya aşağı daşıyıcı konsentrasiyasına və yüksək və aşağı temperaturda elektron hərəkətliliyinə nail olmaq potensialına malikdir, buna görə də yüksək performanslı β-Ga2O3 güc cihazlarının reallaşdırılması üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. MBE artım metodu ilə müqayisədə MOCVD yüksək temperaturda böyümənin və kimyəvi reaksiyaların xüsusiyyətlərinə görə β-Ga2O3 filmlərinin çox yüksək artım sürətinə nail olmaq üstünlüyünə malikdir.
Şəkil 7 β-Ga2O3 (010) AFM şəkli
Şəkil 8 β-Ga2O3 Hall və temperaturla ölçülən μ və təbəqə müqaviməti arasındakı əlaqə
3.3 HVPE metodu
HVPE yetkin epitaksial texnologiyadır və III-V mürəkkəb yarımkeçiricilərin epitaksial artımında geniş istifadə edilmişdir. HVPE aşağı istehsal dəyəri, sürətli böyümə sürəti və yüksək film qalınlığı ilə tanınır. Qeyd etmək lazımdır ki, HVPEβ-Ga2O3 adətən kobud səth morfologiyası və səth qüsurları və çuxurların yüksək sıxlığı nümayiş etdirir. Buna görə də, cihazı istehsal etməzdən əvvəl kimyəvi və mexaniki cilalama prosesləri tələb olunur. β-Ga2O3 epitaksiyası üçün HVPE texnologiyası adətən (001) β-Ga2O3 matrisinin yüksək temperatur reaksiyasını təşviq etmək üçün qaz halında olan GaCl və O2-dən prekursorlar kimi istifadə edir. Şəkil 9 temperaturdan asılı olaraq epitaksial filmin səthinin vəziyyətini və böyümə sürətini göstərir. Son illərdə Yaponiyanın Novel Crystal Technology Inc. şirkəti HVPE homoepitaxial β-Ga2O3-də, epitaksial təbəqənin qalınlığı 5 ilə 10 μm arasında və vafli ölçüləri 2 və 4 düym olan mühüm kommersiya uğuru əldə etmişdir. Bundan əlavə, China Electronics Technology Group Corporation tərəfindən istehsal edilən 20 μm qalınlığında HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial vaflilər də kommersiyalaşma mərhələsinə daxil olub.
Şəkil 9 HVPE üsulu β-Ga2O3
3.4 PLD metodu
PLD texnologiyası əsasən kompleks oksid filmləri və heterostrukturları yerləşdirmək üçün istifadə olunur. PLD böyümə prosesi zamanı foton enerjisi elektron emissiya prosesi vasitəsilə hədəf materiala birləşdirilir. MBE-dən fərqli olaraq, PLD mənbə hissəcikləri son dərəcə yüksək enerjili (>100 eV) lazer şüalanması ilə əmələ gəlir və sonradan qızdırılan substratda yerləşdirilir. Bununla belə, ablasyon prosesi zamanı bəzi yüksək enerjili hissəciklər materialın səthinə birbaşa təsir edərək nöqtə qüsurları yaradacaq və beləliklə, filmin keyfiyyətini aşağı salacaq. MBE metoduna bənzər olaraq, RHEED-dən PLD β-Ga2O3 çökdürmə prosesi zamanı real vaxt rejimində materialın səthi strukturuna və morfologiyasına nəzarət etmək üçün istifadə oluna bilər ki, bu da tədqiqatçılara böyümə məlumatlarını dəqiq şəkildə əldə etməyə imkan verir. PLD metodunun yüksək keçirici β-Ga2O3 filmlərini inkişaf etdirəcəyi gözlənilir ki, bu da onu Ga2O3 güc cihazlarında optimallaşdırılmış ohmik kontakt həllinə çevirir.
Şəkil 10 Si qatqılı Ga2O3-ün AFM şəkli
3.5 MIST-CVD metodu
MIST-CVD nisbətən sadə və sərfəli nazik təbəqənin böyüməsi texnologiyasıdır. Bu CVD üsulu nazik təbəqənin çökməsinə nail olmaq üçün atomlaşdırılmış bir prekursorun substrat üzərinə püskürtülməsi reaksiyasını əhatə edir. Bununla belə, indiyə qədər dumanlı CVD istifadə edərək yetişdirilən Ga2O3 hələ də yaxşı elektrik xüsusiyyətlərinə malik deyil, bu da gələcəkdə təkmilləşdirmə və optimallaşdırma üçün çox yer buraxır.
Göndərmə vaxtı: 30 may 2024-cü il