2. Epitaksijalni rast tankog filma
Supstrat pruža fizički potporni sloj ili vodljivi sloj za Ga2O3 energetske uređaje. Sljedeći važan sloj je sloj kanala ili epitaksijalni sloj koji se koristi za naponsku otpornost i prijenos nositelja. Kako bi se povećao probojni napon i minimizirao otpor vodljivosti, kontrolirana debljina i koncentracija dopinga, kao i optimalna kvaliteta materijala, neki su preduvjeti. Visokokvalitetni Ga2O3 epitaksijalni slojevi obično se talože koristeći epitaksiju molekularnim snopom (MBE), metalno-organsko kemijsko taloženje iz pare (MOCVD), taloženje iz halidne pare (HVPE), pulsno lasersko taloženje (PLD) i tehnike taloženja temeljene na magli CVD.
Tablica 2. Neke reprezentativne epitaksijalne tehnologije
2.1 MBE metoda
MBE tehnologija poznata je po svojoj sposobnosti uzgoja visokokvalitetnih β-Ga2O3 filmova bez nedostataka s kontroliranim n-tipom dopinga zbog svog ultra-visokog vakuumskog okruženja i visoke čistoće materijala. Kao rezultat toga, postala je jedna od najčešće proučavanih i potencijalno komercijaliziranih tehnologija taloženja tankog filma β-Ga2O3. Dodatno, MBE metoda također je uspješno pripremila visokokvalitetni, nisko dopirani sloj tankog filma heterostrukture β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3. MBE može pratiti površinsku strukturu i morfologiju u stvarnom vremenu s preciznošću atomskog sloja pomoću refleksijske difrakcije elektrona visoke energije (RHEED). Međutim, β-Ga2O3 filmovi uzgojeni pomoću MBE tehnologije i dalje se suočavaju s mnogim izazovima, poput niske stope rasta i male veličine filma. Studija je otkrila da je stopa rasta bila u redoslijedu (010)>(001)>(−201)>(100). Pod uvjetima blago bogatim Galijem od 650 do 750°C, β-Ga2O3 (010) pokazuje optimalan rast s glatkom površinom i velikom stopom rasta. Pomoću ove metode uspješno je postignuta epitaksija β-Ga2O3 s RMS hrapavošću od 0,1 nm. β-Ga2O3 U okruženju bogatom Ga, MBE filmovi uzgojeni na različitim temperaturama prikazani su na slici. Novel Crystal Technology Inc. uspješno je epitaksijalno proizvela 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE pločice. Oni daju visokokvalitetne (010) orijentirane monokristalne supstrate β-Ga2O3 debljine 500 μm i XRD FWHM ispod 150 lučnih sekundi. Podloga je dopirana Sn ili Fe. Vodljivi supstrat dopiran Sn ima koncentraciju dopinga od 1E18 do 9E18cm−3, dok poluizolacijski supstrat dopiran željezom ima otpor veći od 10E10 Ω cm.
2.2 MOCVD metoda
MOCVD koristi metalne organske spojeve kao prekursorske materijale za uzgoj tankih filmova, čime se postiže velika komercijalna proizvodnja. Pri uzgoju Ga2O3 metodom MOCVD kao izvor Ga obično se koriste trimetilgalij (TMGa), trietilgalij (TEGa) i Ga (dipentil glikol format), dok se kao izvor kisika koriste H2O, O2 ili N2O. Za rast ovom metodom općenito su potrebne visoke temperature (>800°C). Ova tehnologija ima potencijal za postizanje niske koncentracije nositelja i mobilnosti elektrona na visokim i niskim temperaturama, tako da je od velikog značaja za realizaciju visokoučinkovitih β-Ga2O3 energetskih uređaja. U usporedbi s MBE metodom rasta, MOCVD ima prednost postizanja vrlo visokih stopa rasta β-Ga2O3 filmova zbog karakteristika rasta na visokim temperaturama i kemijskih reakcija.
Slika 7 β-Ga2O3 (010) AFM slika
Slika 8 β-Ga2O3 Odnos između μ i otpora ploče mjereno Hallom i temperaturom
2.3 HVPE metoda
HVPE je zrela epitaksijalna tehnologija i naširoko se koristi u epitaksijalnom rastu III-V složenih poluvodiča. HVPE je poznat po niskim troškovima proizvodnje, brzoj stopi rasta i velikoj debljini filma. Treba napomenuti da HVPEβ-Ga2O3 obično pokazuje grubu površinsku morfologiju i veliku gustoću površinskih defekata i jama. Stoga su potrebni kemijski i mehanički procesi poliranja prije proizvodnje uređaja. HVPE tehnologija za β-Ga2O3 epitaksiju obično koristi plinoviti GaCl i O2 kao prekursore za promicanje visokotemperaturne reakcije (001) β-Ga2O3 matrice. Slika 9 prikazuje stanje površine i brzinu rasta epitaksijalnog filma kao funkciju temperature. Posljednjih godina, japanska tvrtka Novel Crystal Technology Inc. postigla je značajan komercijalni uspjeh u HVPE homoepitaksijalnom β-Ga2O3, s debljinom epitaksijalnog sloja od 5 do 10 μm i veličinama pločica od 2 i 4 inča. Osim toga, HVPE β-Ga2O3 homoepitaksijalne pločice debljine 20 μm koje proizvodi China Electronics Technology Group Corporation također su ušle u fazu komercijalizacije.
Slika 9 HVPE metoda β-Ga2O3
2.4 PLD metoda
PLD tehnologija se uglavnom koristi za taloženje složenih oksidnih filmova i heterostruktura. Tijekom procesa rasta PLD-a, energija fotona povezuje se s ciljnim materijalom kroz proces emisije elektrona. Za razliku od MBE, izvorne čestice PLD-a nastaju laserskim zračenjem s iznimno visokom energijom (>100 eV) i potom talože na zagrijanu podlogu. Međutim, tijekom procesa ablacije, neke čestice visoke energije izravno će utjecati na površinu materijala, stvarajući točkaste defekte i time smanjujući kvalitetu filma. Slično MBE metodi, RHEED se može koristiti za praćenje površinske strukture i morfologije materijala u stvarnom vremenu tijekom procesa taloženja PLD β-Ga2O3, omogućujući istraživačima da točno dobiju informacije o rastu. Očekuje se da će PLD metoda proizvesti visoko vodljive β-Ga2O3 filmove, što je čini optimiziranim omskim kontaktnim rješenjem u Ga2O3 energetskim uređajima.
Slika 10 AFM slika Ga2O3 dopiranog silijem
2.5 MIST-CVD metoda
MIST-CVD je relativno jednostavna i isplativa tehnologija rasta tankog filma. Ova CVD metoda uključuje reakciju raspršivanja atomiziranog prekursora na podlogu kako bi se postiglo taloženje tankog filma. Međutim, do sada, Ga2O3 uzgojen pomoću CVD-a u maglici još uvijek nema dobra električna svojstva, što ostavlja puno prostora za poboljšanje i optimizaciju u budućnosti.
Vrijeme objave: 30. svibnja 2024