3. Twf ffilm tenau epitaxial
Mae'r swbstrad yn darparu haen gynhaliol gorfforol neu haen dargludol ar gyfer dyfeisiau pŵer Ga2O3. Yr haen bwysig nesaf yw'r haen sianel neu'r haen epitaxial a ddefnyddir ar gyfer ymwrthedd foltedd a chludiant cludwyr. Er mwyn cynyddu foltedd chwalu a lleihau ymwrthedd dargludiad, mae trwch y gellir ei reoli a chrynodiad dopio, yn ogystal ag ansawdd deunydd gorau posibl, yn rhai rhagofynion. Mae haenau epitaxial Ga2O3 o ansawdd uchel fel arfer yn cael eu dyddodi gan ddefnyddio epitaxy trawst moleciwlaidd (MBE), dyddodiad anwedd cemegol organig metel (MOCVD), dyddodiad anwedd halid (HVPE), dyddodiad laser pwls (PLD), a thechnegau dyddodiad seiliedig ar CVD niwl.
Tabl 2 Rhai technolegau epitaxial cynrychioliadol
3.1 dull MBE
Mae technoleg MBE yn enwog am ei gallu i dyfu ffilmiau β-Ga2O3 o ansawdd uchel, di-nam, gyda dopio math n y gellir ei reoli oherwydd ei amgylchedd gwactod uwch-uchel a phurdeb deunydd uchel. O ganlyniad, mae wedi dod yn un o'r technolegau dyddodiad ffilm tenau β-Ga2O3 a astudiwyd fwyaf ac a allai gael ei fasnacheiddio fwyaf. Yn ogystal, mae'r dull MBE hefyd wedi llwyddo i baratoi haen ffilm denau heterostructure β-(AlXGa1-X) 2O3/Ga2O3 â dop isel o ansawdd uchel. Gall MBE fonitro strwythur arwyneb a morffoleg mewn amser real gyda thrachywiredd haen atomig trwy ddefnyddio diffreithiant electronau egni uchel adlewyrchiad (RHEED). Fodd bynnag, mae ffilmiau β-Ga2O3 a dyfwyd gan ddefnyddio technoleg MBE yn dal i wynebu llawer o heriau, megis cyfradd twf isel a maint ffilm bach. Canfu'r astudiaeth fod y gyfradd twf yn nhrefn (010)>(001)>(−201)>(100). O dan amodau ychydig yn Ga-gyfoethog o 650 i 750 ° C, mae β-Ga2O3 (010) yn dangos y twf gorau posibl gydag arwyneb llyfn a chyfradd twf uchel. Gan ddefnyddio'r dull hwn, cyflawnwyd epitaxy β-Ga2O3 yn llwyddiannus gyda garwedd RMS o 0.1 nm. β-Ga2O3 Mewn amgylchedd Ga-gyfoethog, dangosir ffilmiau MBE a dyfwyd ar wahanol dymereddau yn y ffigur. Mae Novel Crystal Technology Inc. wedi cynhyrchu wafferi 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE yn llwyddiannus yn epitaxially. Maent yn darparu swbstradau grisial sengl β-Ga2O3 o ansawdd uchel (010) gyda thrwch o 500 μm a XRD FWHM o dan 150 eiliad arc. Mae'r swbstrad yn Sn doped neu Fe wedi'i dopio. Mae gan y swbstrad dargludol Sn-doped grynodiad dopio o 1E18 i 9E18cm−3, tra bod gan y swbstrad lled-inswleiddio â dop haearn wrthedd uwch na 10E10 Ω cm.
3.2 dull MOCVD
Mae MOCVD yn defnyddio cyfansoddion organig metel fel deunyddiau rhagflaenol i dyfu ffilmiau tenau, a thrwy hynny gyflawni cynhyrchiad masnachol ar raddfa fawr. Wrth dyfu Ga2O3 gan ddefnyddio'r dull MOCVD, mae trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) a Ga (dipentyl glycol formate) fel arfer yn cael eu defnyddio fel ffynhonnell Ga, tra bod H2O, O2 neu N2O yn cael eu defnyddio fel ffynhonnell ocsigen. Mae twf gan ddefnyddio'r dull hwn yn gyffredinol yn gofyn am dymheredd uchel (>800 ° C). Mae gan y dechnoleg hon y potensial i gyflawni crynodiad cludwr isel a symudedd electronau tymheredd uchel ac isel, felly mae'n arwyddocaol iawn i wireddu dyfeisiau pŵer β-Ga2O3 perfformiad uchel. O'i gymharu â dull twf MBE, mae gan MOCVD y fantais o gyflawni cyfraddau twf uchel iawn o ffilmiau β-Ga2O3 oherwydd nodweddion twf tymheredd uchel ac adweithiau cemegol.
Ffigur 7 β-Ga2O3 (010) delwedd AFM
Ffigur 8 β-Ga2O3 Y berthynas rhwng μ a gwrthiant dalen wedi'i fesur gan Neuadd a thymheredd
3.3 dull HVPE
Mae HVPE yn dechnoleg epitaxial aeddfed ac fe'i defnyddiwyd yn helaeth yn nhwf epitaxial lled-ddargludyddion cyfansawdd III-V. Mae HVPE yn adnabyddus am ei gost cynhyrchu isel, cyfradd twf cyflym, a thrwch ffilm uchel. Dylid nodi bod HVPEβ-Ga2O3 fel arfer yn arddangos morffoleg arwyneb garw a dwysedd uchel o ddiffygion arwyneb a phyllau. Felly, mae angen prosesau caboli cemegol a mecanyddol cyn gweithgynhyrchu'r ddyfais. Mae technoleg HVPE ar gyfer epitaxy β-Ga2O3 fel arfer yn defnyddio GaCl nwyol ac O2 fel rhagflaenwyr i hyrwyddo adwaith tymheredd uchel y matrics (001) β-Ga2O3. Mae Ffigur 9 yn dangos cyflwr wyneb a chyfradd twf y ffilm epitaxial fel swyddogaeth tymheredd. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae Japan's Novel Crystal Technology Inc wedi cyflawni llwyddiant masnachol sylweddol yn HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, gyda thrwch haenau epitaxial o 5 i 10 μm a meintiau waffer o 2 a 4 modfedd. Yn ogystal, mae 20 μm o drwch HVPE β-Ga2O3 wafferi homoepitaxial a gynhyrchwyd gan China Electronics Technology Group Corporation hefyd wedi mynd i mewn i'r cam masnacheiddio.
Ffigur 9 Dull HVPE β-Ga2O3
3.4 dull PLD
Defnyddir technoleg PLD yn bennaf i adneuo ffilmiau ocsid cymhleth a heterostructures. Yn ystod y broses twf PLD, mae ynni ffoton yn cael ei gyplysu â'r deunydd targed trwy'r broses allyrru electronau. Yn wahanol i MBE, mae gronynnau ffynhonnell PLD yn cael eu ffurfio gan ymbelydredd laser ag egni hynod o uchel (> 100 eV) ac yna'n cael eu dyddodi ar swbstrad wedi'i gynhesu. Fodd bynnag, yn ystod y broses abladiad, bydd rhai gronynnau ynni uchel yn effeithio'n uniongyrchol ar wyneb y deunydd, gan greu diffygion pwynt a thrwy hynny leihau ansawdd y ffilm. Yn debyg i'r dull MBE, gellir defnyddio RHEED i fonitro strwythur wyneb a morffoleg y deunydd mewn amser real yn ystod proses dyddodiad PLD β-Ga2O3, gan ganiatáu i ymchwilwyr gael gwybodaeth twf yn gywir. Disgwylir i'r dull PLD dyfu ffilmiau β-Ga2O3 dargludol iawn, gan ei wneud yn ddatrysiad cyswllt ohmig wedi'i optimeiddio mewn dyfeisiau pŵer Ga2O3.
Ffigur 10 Delwedd AFM o Si doped Ga2O3
3.5 MIST-CVD dull
Mae MIST-CVD yn dechnoleg twf ffilm tenau gymharol syml a chost-effeithiol. Mae'r dull CVD hwn yn cynnwys adwaith chwistrellu rhagflaenydd atomedig ar swbstrad i gyflawni dyddodiad ffilm tenau. Fodd bynnag, hyd yn hyn, mae Ga2O3 a dyfwyd gan ddefnyddio niwl CVD yn dal i fod yn brin o eiddo trydanol da, sy'n gadael llawer o le i wella ac optimeiddio yn y dyfodol.
Amser postio: Mai-30-2024