3. Эпітаксіяльны рост тонкай плёнкі
Падкладка з'яўляецца фізічнай апорай або токаправодным пластом для сілавых прылад Ga2O3.Наступным важным пластом з'яўляецца канальны або эпітаксійны пласт, які выкарыстоўваецца для супраціву напрузе і транспарту носьбіта.Каб павялічыць напружанне прабоя і мінімізаваць супраціўленне праводнасці, неабходна кантраляваць таўшчыню і канцэнтрацыю допінгу, а таксама аптымальную якасць матэрыялу.Высакаякасныя эпітаксіяльныя пласты Ga2O3 звычайна наносяцца з выкарыстаннем малекулярна-прамянёвай эпітаксіі (MBE), металаарганічнага хімічнага асаджэння з пароў (MOCVD), галогеніднага нанясення з пароў (HVPE), імпульснага лазернага нанясення (PLD) і метадаў асаджэння на аснове туману CVD.
Табліца 2. Некаторыя рэпрэзентатыўныя эпітаксіяльныя тэхналогіі
3.1 Метад MBE
Тэхналогія MBE вядомая сваёй здольнасцю вырошчваць высакаякасныя плёнкі β-Ga2O3 без дэфектаў з кантраляваным легіраваннем n-тыпу дзякуючы звышвысокаму вакууму і высокай чысціні матэрыялу.У выніку гэта стала адной з найбольш шырока вывучаных і патэнцыйна камерцыялізаваных тэхналогій нанясення тонкіх плёнак β-Ga2O3.Акрамя таго, метад МЛЭ таксама паспяхова падрыхтаваў высакаякасны тонкаплёнкавы пласт гетэраструктуры β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 з нізкім утрыманнем легіраў.MBE можа кантраляваць структуру і марфалогію паверхні ў рэжыме рэальнага часу з дакладнасцю да атамнага пласта з дапамогай дыфракцыі электронаў высокай энергіі пры адлюстраванні (RHEED).Аднак плёнкі β-Ga2O3, вырашчаныя з дапамогай тэхналогіі MBE, па-ранейшаму сутыкаюцца са шматлікімі праблемамі, такімі як нізкая хуткасць росту і невялікі памер плёнкі.Даследаванне паказала, што хуткасць росту была ў парадку (010)>(001)>(-201)>(100).Ва ўмовах нязначнага ўтрымання галлію ад 650 да 750 °C β-Ga2O3 (010) дэманструе аптымальны рост з гладкай паверхняй і высокай хуткасцю росту.З дапамогай гэтага метаду была паспяхова дасягнута эпітаксія β-Ga2O3 са сярэднеквадратычнай шурпатасцю 0,1 нм.β-Ga2O3 У асяроддзі, багатым галліем, на малюнку паказаны плёнкі MBE, выгадаваныя пры розных тэмпературах.Кампанія Novel Crystal Technology Inc. паспяхова вырабіла пласціны β-Ga2O3MBE памерам 10 × 15 мм2 з дапамогай эпітаксіі.Яны забяспечваюць высакаякасныя (010) арыентаваныя монакрышталічныя падкладкі β-Ga2O3 таўшчынёй 500 мкм і XRD FWHM ніжэй за 150 кутніх секунд.Падкладка легіраваная Sn або Fe.Правадная падкладка, легіраваная Sn, мае канцэнтрацыю легіравання ад 1E18 да 9E18 см−3, у той час як паўізаляцыйная падкладка, легіраваная жалезам, мае ўдзельнае супраціўленне вышэй за 10E10 Ом см.
3.2 Метад MOCVD
MOCVD выкарыстоўвае арганічныя злучэнні металаў у якасці матэрыялаў-папярэднікаў для вырошчвання тонкіх плёнак, што дазваляе дасягнуць буйнамаштабнай камерцыйнай вытворчасці.Пры вырошчванні Ga2O3 з выкарыстаннем метаду MOCVD у якасці крыніцы Ga звычайна выкарыстоўваюцца трыметылгалій (TMGa), трыэтылгалій (TEGa) і Ga (фарміят дыпентылгліколя), а ў якасці крыніцы кіслароду H2O, O2 або N2O.Рост з выкарыстаннем гэтага метаду звычайна патрабуе высокіх тэмператур (>800°C).Гэтая тэхналогія мае патэнцыял для дасягнення нізкай канцэнтрацыі носьбітаў і мабільнасці электронаў пры высокіх і нізкіх тэмпературах, таму яна мае вялікае значэнне для рэалізацыі высокапрадукцыйных прылад харчавання β-Ga2O3.У параўнанні з метадам вырошчвання MBE, MOCVD мае перавагу ў дасягненні вельмі высокіх хуткасцей росту плёнак β-Ga2O3 з-за характарыстык высокатэмпературнага росту і хімічных рэакцый.
Малюнак 7 β-Ga2O3 (010) АСМ-выява
Малюнак 8 β-Ga2O3 Суадносіны паміж μ і супрацівам ліста, вымераным па Холу і тэмпературы
3.3 Метад HVPE
HVPE з'яўляецца развітай эпітаксіяльнай тэхналогіяй, якая шырока выкарыстоўваецца ў эпітаксіяльным вырошчванні паўправаднікоў злучэння III-V.HVPE вядомы сваёй нізкай коштам вытворчасці, хуткай хуткасцю росту і высокай таўшчынёй плёнкі.Варта адзначыць, што HVPEβ-Ga2O3 звычайна дэманструе шурпатую марфалогію паверхні і высокую шчыльнасць паверхневых дэфектаў і ям.Такім чынам, перад вытворчасцю прылады неабходны працэс хімічнай і механічнай паліроўкі.Тэхналогія HVPE для эпітаксіі β-Ga2O3 звычайна выкарыстоўвае газападобныя GaCl і O2 у якасці папярэднікаў для прасоўвання высокатэмпературнай рэакцыі (001) матрыцы β-Ga2O3.На малюнку 9 паказаны стан паверхні і хуткасць росту эпітаксіяльнай плёнкі ў залежнасці ад тэмпературы.У апошнія гады японская кампанія Novel Crystal Technology Inc. дасягнула значнага камерцыйнага поспеху ў галіне гомаэпітаксіяльнага β-Ga2O3 HVPE з таўшчынёй эпітаксіяльнага пласта ад 5 да 10 мкм і памерам пласцін 2 і 4 цалі.Акрамя таго, гомаэпітаксіяльныя пласціны HVPE β-Ga2O3 таўшчынёй 20 мкм вытворчасці China Electronics Technology Group Corporation таксама выйшлі на стадыю камерцыялізацыі.
Малюнак 9 Метад HVPE β-Ga2O3
3.4 Метад PLD
Тэхналогія PLD у асноўным выкарыстоўваецца для нанясення складаных аксідных плёнак і гетэраструктур.У працэсе росту PLD энергія фатонаў злучаецца з матэрыялам мішэні праз працэс эмісіі электронаў.У адрозненне ад MBE, часціцы крыніцы PLD фарміруюцца лазерным выпраменьваннем з надзвычай высокай энергіяй (>100 эВ) і пасля асаджваюцца на нагрэтую падкладку.Аднак у працэсе абляцыі некаторыя часціцы высокай энергіі будуць непасрэдна ўздзейнічаць на паверхню матэрыялу, ствараючы кропкавыя дэфекты і, такім чынам, зніжаючы якасць плёнкі.Падобна метаду MBE, RHEED можна выкарыстоўваць для маніторынгу структуры паверхні і марфалогіі матэрыялу ў рэжыме рэальнага часу падчас працэсу нанясення PLD β-Ga2O3, што дазваляе даследчыкам дакладна атрымліваць інфармацыю аб росце.Чакаецца, што метад PLD дазволіць вырошчваць плёнкі β-Ga2O3 з высокай праводнасцю, што робіць яго аптымізаваным рашэннем для амічных кантактаў у сілавых прыладах Ga2O3.
Малюнак 10 АСМ-выява Ga2O3, легаванага Si
3.5 Метад MIST-CVD
MIST-CVD - гэта адносна простая і эканамічна эфектыўная тэхналогія росту тонкіх плёнак.Гэты метад CVD ўключае рэакцыю распылення распыленага папярэдніка на падкладку для дасягнення тонкай плёнкі.Аднак да гэтага часу Ga2O3, вырашчаны з выкарыстаннем туманнага CVD, усё яшчэ не мае добрых электрычных уласцівасцей, што пакідае шмат месца для паляпшэння і аптымізацыі ў будучыні.
Час публікацыі: 30 мая 2024 г