2. Creixement epitaxial de pel·lícula fina
El substrat proporciona una capa de suport físic o una capa conductora per als dispositius de potència Ga2O3. La següent capa important és la capa de canal o capa epitaxial utilitzada per a la resistència al voltatge i el transport del portador. Per augmentar la tensió de ruptura i minimitzar la resistència a la conducció, el gruix controlable i la concentració de dopatge, així com una qualitat òptima del material, són alguns requisits previs. Les capes epitaxials de Ga2O3 d'alta qualitat es dipositen normalment mitjançant epitaxia de feix molecular (MBE), deposició de vapor químic orgànic metàl·lic (MOCVD), deposició de vapor d'halogenurs (HVPE), deposició làser polsada (PLD) i tècniques de deposició basades en CVD de boira.
Taula 2 Algunes tecnologies epitaxials representatives
Mètode 2.1 MBE
La tecnologia MBE és coneguda per la seva capacitat de fer créixer pel·lícules de β-Ga2O3 d'alta qualitat i sense defectes amb un dopatge de tipus n controlable a causa del seu entorn de buit ultra alt i l'alta puresa del material. Com a resultat, s'ha convertit en una de les tecnologies de deposició de pel·lícules primes de β-Ga2O3 més estudiades i potencialment comercialitzades. A més, el mètode MBE també va preparar amb èxit una capa de pel·lícula fina β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 d'heteroestructura d'alta qualitat i poc dopat. MBE pot controlar l'estructura de la superfície i la morfologia en temps real amb precisió de la capa atòmica mitjançant la difracció d'electrons d'alta energia de reflexió (RHEED). No obstant això, les pel·lícules β-Ga2O3 cultivades mitjançant la tecnologia MBE encara s'enfronten a molts reptes, com ara la baixa taxa de creixement i la petita mida de la pel·lícula. L'estudi va trobar que la taxa de creixement era de l'ordre de (010)>(001)>(−201)>(100). En condicions lleugerament riques en Ga de 650 a 750 °C, β-Ga2O3 (010) presenta un creixement òptim amb una superfície llisa i una alta taxa de creixement. Mitjançant aquest mètode, es va aconseguir l'epitaxia β-Ga2O3 amb una rugositat RMS de 0, 1 nm. β-Ga2O3 En un entorn ric en Ga, a la figura es mostren pel·lícules MBE cultivades a diferents temperatures. Novel Crystal Technology Inc. ha produït amb èxit epitaxial hòsties β-Ga2O3MBE de 10 × 15 mm2. Proporcionen substrats de cristall únic β-Ga2O3 d'alta qualitat (010) amb un gruix de 500 μm i XRD FWHM per sota de 150 segons d'arc. El substrat està dopat amb Sn o amb Fe. El substrat conductor dopat amb Sn té una concentració de dopatge d'1E18 a 9E18cm−3, mentre que el substrat semiaïllant dopat amb ferro té una resistivitat superior a 10E10 Ω cm.
2.2 Mètode MOCVD
MOCVD utilitza compostos orgànics metàl·lics com a materials precursors per fer créixer pel·lícules primes, aconseguint així una producció comercial a gran escala. Quan es fa créixer Ga2O3 mitjançant el mètode MOCVD, normalment s'utilitzen com a font de Ga el trimetilgal·li (TMGa), el trietilgal·li (TEGa) i el Ga (formiat de dipentilglicol), mentre que H2O, O2 o N2O s'utilitzen com a font d'oxigen. El creixement amb aquest mètode requereix generalment temperatures elevades (>800 °C). Aquesta tecnologia té el potencial d'aconseguir una baixa concentració de portadors i una mobilitat d'electrons d'alta i baixa temperatura, per la qual cosa és de gran importància per a la realització de dispositius d'energia β-Ga2O3 d'alt rendiment. En comparació amb el mètode de creixement MBE, MOCVD té l'avantatge d'aconseguir taxes de creixement molt elevades de pel·lícules β-Ga2O3 a causa de les característiques del creixement a alta temperatura i les reaccions químiques.
Figura 7 Imatge AFM β-Ga2O3 (010).
Figura 8 β-Ga2O3 La relació entre μ i la resistència de la làmina mesurada per Hall i la temperatura
2.3 Mètode HVPE
HVPE és una tecnologia epitaxial madura i s'ha utilitzat àmpliament en el creixement epitaxial de semiconductors compostos III-V. HVPE és conegut pel seu baix cost de producció, ràpida taxa de creixement i gran gruix de pel·lícula. Cal tenir en compte que HVPEβ-Ga2O3 sol presentar una morfologia superficial rugosa i una alta densitat de defectes superficials i fosses. Per tant, es requereixen processos de polit químic i mecànic abans de fabricar el dispositiu. La tecnologia HVPE per a l'epitaxia β-Ga2O3 normalment utilitza GaCl i O2 gasosos com a precursors per promoure la reacció a alta temperatura de la matriu β-Ga2O3 (001). La figura 9 mostra l'estat de la superfície i la taxa de creixement de la pel·lícula epitaxial en funció de la temperatura. En els últims anys, la japonesa Novel Crystal Technology Inc. ha aconseguit un èxit comercial important en β-Ga2O3 homoepitaxial HVPE, amb gruixos de capa epitaxial de 5 a 10 μm i mides d'hòsties de 2 i 4 polzades. A més, les hòsties homoepitaxials HVPE β-Ga2O3 de 20 μm de gruix produïdes per China Electronics Technology Group Corporation també han entrat en fase de comercialització.
Figura 9 Mètode HVPE β-Ga2O3
2.4 Mètode PLD
La tecnologia PLD s'utilitza principalment per dipositar pel·lícules d'òxid complexes i heteroestructures. Durant el procés de creixement del PLD, l'energia fotònica s'acobla al material objectiu mitjançant el procés d'emissió d'electrons. A diferència de l'MBE, les partícules font de PLD es formen per radiació làser amb una energia extremadament alta (>100 eV) i posteriorment es dipositen sobre un substrat escalfat. Tanmateix, durant el procés d'ablació, algunes partícules d'alta energia afectaran directament la superfície del material, creant defectes puntuals i reduint així la qualitat de la pel·lícula. De manera similar al mètode MBE, RHEED es pot utilitzar per controlar l'estructura superficial i la morfologia del material en temps real durant el procés de deposició de PLD β-Ga2O3, permetent als investigadors obtenir informació de creixement amb precisió. S'espera que el mètode PLD creixi pel·lícules de β-Ga2O3 altament conductores, cosa que el converteix en una solució de contacte òhmic optimitzada en dispositius de potència Ga2O3.
Figura 10 Imatge AFM de Ga2O3 dopat amb Si
2.5 Mètode MIST-CVD
MIST-CVD és una tecnologia de creixement de pel·lícula fina relativament senzilla i rendible. Aquest mètode CVD implica la reacció de polvoritzar un precursor atomitzat sobre un substrat per aconseguir la deposició de pel·lícula fina. Tanmateix, fins ara, el Ga2O3 cultivat amb boira CVD encara no té bones propietats elèctriques, cosa que deixa molt marge de millora i optimització en el futur.
Hora de publicació: 30-mai-2024