2. Епитаксиално израстване на тънък филм
Субстратът осигурява физически опорен слой или проводящ слой за Ga2O3 захранващи устройства. Следващият важен слой е каналният слой или епитаксиалният слой, използван за устойчивост на напрежение и транспортиране на носител. За да се увеличи напрежението на пробив и да се сведе до минимум съпротивлението на проводимост, контролируемата дебелина и концентрацията на допинг, както и оптималното качество на материала, са някои предпоставки. Висококачествените епитаксиални слоеве Ga2O3 обикновено се отлагат с помощта на молекулярно-лъчева епитаксия (MBE), металоорганично химическо отлагане на пари (MOCVD), отлагане на халидни пари (HVPE), импулсно лазерно отлагане (PLD) и техники за отлагане, базирани на мъгла CVD.
Таблица 2 Някои представителни епитаксиални технологии
2.1 MBE метод
Технологията MBE е известна със способността си да отглежда висококачествени, бездефектни β-Ga2O3 филми с контролируемо допиране от n-тип, благодарение на своята свръхвисока вакуумна среда и висока чистота на материала. В резултат на това се превърна в една от най-широко проучените и потенциално комерсиализирани технологии за отлагане на тънък слой β-Ga2O3. В допълнение, методът MBE също така успешно подготви висококачествен, слабо легиран хетероструктурен β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 слой от тънък филм. MBE може да наблюдава структурата и морфологията на повърхността в реално време с прецизност на атомния слой чрез използване на отражателна високоенергийна електронна дифракция (RHEED). Въпреки това, филмите β-Ga2O3, отглеждани с помощта на MBE технология, все още са изправени пред много предизвикателства, като ниска скорост на растеж и малък размер на филма. Проучването установи, че скоростта на растеж е от порядъка на (010)>(001)>(−201)>(100). При слабо богати на Ga условия от 650 до 750°C, β-Ga2O3 (010) проявява оптимален растеж с гладка повърхност и висока скорост на растеж. Използвайки този метод, β-Ga2O3 епитаксия беше успешно постигната с RMS грапавост от 0,1 nm. β-Ga2O3 В среда, богата на Ga, MBE филми, отглеждани при различни температури, са показани на фигурата. Novel Crystal Technology Inc. успешно произведе епитаксиално пластини 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE. Те осигуряват висококачествени (010) ориентирани β-Ga2O3 монокристални субстрати с дебелина 500 μm и XRD FWHM под 150 дъгови секунди. Субстратът е с добавка Sn или Fe. Допираният с Sn проводящ субстрат има концентрация на допинг от 1E18 до 9E18 cm−3, докато легираният с желязо полуизолационен субстрат има съпротивление по-високо от 10E10 Ω cm.
2.2 Метод MOCVD
MOCVD използва метални органични съединения като прекурсорни материали за отглеждане на тънки филми, като по този начин постига широкомащабно търговско производство. При отглеждане на Ga2O3 с помощта на метода MOCVD, триметилгалий (TMGa), триетилгалий (TEGa) и Ga (дипентил гликол формат) обикновено се използват като източник на Ga, докато H2O, O2 или N2O се използват като източник на кислород. Растежът с помощта на този метод обикновено изисква високи температури (>800°C). Тази технология има потенциала да постигне ниска концентрация на носители и мобилност на електрони при висока и ниска температура, така че е от голямо значение за реализацията на високоефективни β-Ga2O3 захранващи устройства. В сравнение с метода на растеж MBE, MOCVD има предимството да постига много високи скорости на растеж на β-Ga2O3 филми поради характеристиките на високотемпературен растеж и химични реакции.
Фигура 7 β-Ga2O3 (010) AFM изображение
Фигура 8 β-Ga2O3 Връзката между μ и съпротивлението на листа, измерено чрез Хол и температура
2.3 HVPE метод
HVPE е зряла епитаксиална технология и е широко използвана в епитаксиалния растеж на III-V съставни полупроводници. HVPE е известен със своите ниски производствени разходи, бърз темп на растеж и висока дебелина на филма. Трябва да се отбележи, че HVPEβ-Ga2O3 обикновено показва грапава повърхностна морфология и висока плътност на повърхностни дефекти и ями. Следователно преди производството на устройството са необходими химически и механични процеси на полиране. HVPE технологията за β-Ga2O3 епитаксия обикновено използва газообразни GaCl и O2 като прекурсори за насърчаване на високотемпературната реакция на (001) β-Ga2O3 матрицата. Фигура 9 показва състоянието на повърхността и скоростта на растеж на епитаксиалния филм като функция от температурата. През последните години японската компания Novel Crystal Technology Inc. постигна значителен търговски успех в HVPE хомоепитаксиален β-Ga2O3, с дебелина на епитаксиалния слой от 5 до 10 μm и размери на пластини от 2 и 4 инча. В допълнение, хомоепитаксиалните пластини HVPE β-Ga2O3 с дебелина 20 μm, произведени от China Electronics Technology Group Corporation, също навлязоха в етапа на комерсиализация.
Фигура 9 HVPE метод β-Ga2O3
2.4 PLD метод
PLD технологията се използва главно за отлагане на сложни оксидни филми и хетероструктури. По време на процеса на растеж на PLD фотонната енергия се свързва с целевия материал чрез процеса на емисия на електрони. За разлика от MBE, частиците източник на PLD се образуват от лазерно лъчение с изключително висока енергия (>100 eV) и впоследствие се отлагат върху нагрят субстрат. По време на процеса на аблация обаче някои високоенергийни частици ще въздействат директно върху повърхността на материала, създавайки точкови дефекти и по този начин намалявайки качеството на филма. Подобно на метода MBE, RHEED може да се използва за наблюдение на повърхностната структура и морфологията на материала в реално време по време на процеса на отлагане на PLD β-Ga2O3, което позволява на изследователите да получат точно информация за растежа. Очаква се PLD методът да отглежда силно проводими β-Ga2O3 филми, което го прави оптимизирано омично контактно решение в Ga2O3 захранващи устройства.
Фигура 10 AFM изображение на Si легиран Ga2O3
2.5 Метод MIST-CVD
MIST-CVD е сравнително проста и рентабилна технология за растеж на тънък филм. Този CVD метод включва реакцията на пръскане на атомизиран прекурсор върху субстрат за постигане на отлагане на тънък слой. Досега обаче Ga2O3, отглеждан с помощта на CVD в мъгла, все още няма добри електрически свойства, което оставя много място за подобрение и оптимизация в бъдеще.
Време на публикуване: 30 май 2024 г