2. Film mehe epitaxialaren hazkundea
Substratuak euskarri fisikoko geruza edo geruza eroale bat eskaintzen du Ga2O3 potentzia-gailuetarako. Hurrengo geruza garrantzitsua tentsio-erresistentziarako eta eramaile-garraiorako erabiltzen den kanal-geruza edo geruza epitaxiala da. Matxura-tentsioa handitzeko eta eroapen-erresistentzia minimizatzeko, lodiera kontrolagarria eta dopin-kontzentrazioa, baita materialaren kalitate optimoa ere, ezinbesteko baldintza batzuk dira. Kalitate handiko Ga2O3 geruza epitaxialak normalean izpi molekularreko epitaxia (MBE), metal organiko kimiko lurrun-deposizioa (MOCVD), halogenuro-lurrun-deposizioa (HVPE), pultsatuko laser-deposizioa (PLD) eta lainoa CVD oinarritutako deposizio-teknikak erabiltzen dira.
2. taula Teknologia epitaxial adierazgarri batzuk
2.1 MBE metodoa
MBE teknologia ezaguna da kalitate handiko eta akatsik gabeko β-Ga2O3 filmak hazteko gaitasunagatik, n-motako doping kontrolagarriarekin, bere huts oso handiko ingurunea eta materialaren purutasun handia dela eta. Ondorioz, β-Ga2O3 film mehe deposizio-teknologietako bat bihurtu da. Horrez gain, MBE metodoak kalitate handiko eta dopatu baxuko β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 film meheko geruza bat ere prestatu zuen. MBE-k gainazaleko egitura eta morfologia denbora errealean kontrola ditzake geruza atomikoaren zehaztasunarekin islada energia handiko elektroien difrakzioa (RHEED) erabiliz. Hala ere, MBE teknologia erabiliz hazitako β-Ga2O3 filmek erronka asko dituzte oraindik, hala nola hazkunde-tasa txikia eta filmaren tamaina txikia. Azterketak aurkitu zuen hazkunde-tasa (010)>(001)>(−201)>(100) ordenakoa zela. 650 eta 750 °C bitarteko Ga-aberastasun gutxiko baldintzetan, β-Ga2O3 (010) hazkuntza optimoa erakusten du gainazal leunarekin eta hazkunde-tasa altuarekin. Metodo hau erabiliz, β-Ga2O3 epitaxia arrakastaz lortu zen 0,1 nm-ko RMS zimurtasunarekin. β-Ga2O3 Ga-ko ingurune batean, tenperatura ezberdinetan hazitako MBE filmak agertzen dira irudian. Novel Crystal Technology Inc.-k 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE obleak epitaxialki ekoitzi ditu. Kalitate handiko (010) orientatutako β-Ga2O3 kristal bakarreko substratuak eskaintzen dituzte 500 μm-ko lodiera eta XRD FWHM 150 arku segundotik behera. Substratua Sn dopatua edo Fe dopatua da. Sn dopatutako substratu eroaleak 1E18 eta 9E18cm−3 bitarteko dopin-kontzentrazioa du, eta burdinaz dopatutako substratu erdi isolatzaileak, berriz, 10E10 Ω cm-tik gorako erresistentzia du.
2.2 MOCVD metodoa
MOCVD-k konposatu organiko metalikoak erabiltzen ditu material aitzindari gisa film meheak hazteko, eta horrela, eskala handiko ekoizpen komertziala lortzen da. MOCVD metodoa erabiliz Ga2O3 hazten denean, trimetilgalioa (TMGa), trietilgalioa (TEGa) eta Ga (dipentilglikol formiatoa) Ga iturri gisa erabiltzen dira normalean, eta H2O, O2 edo N2O oxigeno iturri gisa erabiltzen dira. Metodo hau erabiliz hazteko, oro har, tenperatura altuak behar dira (>800 °C). Teknologia honek garraiolarien kontzentrazio baxua eta tenperatura altuko eta baxuko elektroien mugikortasuna lortzeko potentziala du, beraz, garrantzi handia du errendimendu handiko β-Ga2O3 potentzia-gailuak egiteko. MBE hazkuntza-metodoarekin alderatuta, MOCVD-k β-Ga2O3 filmen hazkuntza-tasa oso altuak lortzeko abantaila du, tenperatura altuko hazkuntza eta erreakzio kimikoen ezaugarriengatik.
7. irudia β-Ga2O3 (010) AFM irudia
8. Irudia β-Ga2O3 Hallek eta tenperaturak neurtutako μ eta xafla erresistentziaren arteko erlazioa
2.3 HVPE metodoa
HVPE teknologia epitaxial heldua da eta oso erabilia izan da III-V erdieroale konposatuen hazkunde epitaxialean. HVPE ekoizpen-kostu baxuagatik, hazkunde-tasa azkarragatik eta film lodieragatik da ezaguna. Kontuan izan behar da HVPEβ-Ga2O3-k normalean gainazaleko morfologia zakarra eta gainazaleko akatsen eta zuloen dentsitate handia erakusten duela. Hori dela eta, leunketa-prozesu kimiko eta mekanikoak behar dira gailua fabrikatu aurretik. β-Ga2O3 epitaxirako HVPE teknologiak GaCl eta O2 gaseosoak erabiltzen ditu aitzindari gisa (001) β-Ga2O3 matrizearen tenperatura altuko erreakzioa sustatzeko. 9. irudiak pelikula epitaxialaren gainazaleko egoera eta hazkunde-tasa erakusten ditu tenperaturaren arabera. Azken urteotan, Japoniako Novel Crystal Technology Inc.-k arrakasta komertzial handia lortu du HVPE β-Ga2O3 homoepitaxialean, 5 eta 10 μm arteko geruza epitaxialaren lodierarekin eta 2 eta 4 hazbeteko obleen tamainarekin. Horrez gain, China Electronics Technology Group Corporation enpresak ekoitzitako HVPE β-Ga2O3 obleak homoepitaxialak 20 μm-ko lodiera ere merkaturatzeko fasean sartu dira.
9. irudia HVPE metodoa β-Ga2O3
2.4 PLD metodoa
PLD teknologia batez ere oxido-film konplexuak eta heteroegiturak metatzeko erabiltzen da. PLD hazkuntza-prozesuan, fotoi-energia xede-materialarekin akoplatzen da elektroien igorpen-prozesuaren bidez. MBEren aldean, PLD iturriko partikulak energia oso handiko (>100 eV) laser erradiazioz eratzen dira eta, ondoren, berotutako substratu batean metatzen dira. Hala ere, ablazio-prozesuan, energia handiko partikula batzuek materialaren gainazalean zuzenean eragingo dute, puntu-akatsak sortuz eta, horrela, filmaren kalitatea murriztuz. MBE metodoaren antzera, RHEED materialaren gainazaleko egitura eta morfologia denbora errealean monitorizatzeko erabil daiteke PLD β-Ga2O3 deposizio-prozesuan, ikertzaileek hazkuntza-informazioa zehatz-mehatz lortzeko aukera emanez. PLD metodoak β-Ga2O3 film oso eroaleak haztea espero da, Ga2O3 potentzia-gailuetan kontaktu ohmiko irtenbide optimizatua bihurtuz.
10. Irudia Si dopatutako Ga2O3ren AFM irudia
2.5 MIST-CVD metodoa
MIST-CVD film mehe hazteko teknologia nahiko sinplea eta errentagarria da. CVD metodo honek aitzindari atomizatu bat substratu batean ihinztatzearen erreakzioa dakar film meheen deposizioa lortzeko. Hala ere, orain arte, laino CVD erabiliz hazi den Ga2O3-k oraindik propietate elektriko onak falta ditu, eta horrek aukera asko uzten du etorkizunean hobetzeko eta optimizatzeko.
Argitalpenaren ordua: 2024-05-30