Օքսիդացված կանգնած հացահատիկի և էպիտաքսիալ աճի տեխնոլոգիա-Ⅱ

2. Էպիտաքսիալ բարակ թաղանթի աճ

Ենթաշերտը ապահովում է ֆիզիկական աջակցության շերտ կամ հաղորդիչ շերտ Ga2O3 ուժային սարքերի համար: Հաջորդ կարևոր շերտը ալիքային շերտն է կամ էպիտաքսիալ շերտը, որն օգտագործվում է լարման դիմադրության և կրիչի տեղափոխման համար: Ճնշման լարումը բարձրացնելու և փոխանցման դիմադրությունը նվազագույնի հասցնելու համար որոշ նախադրյալներ են վերահսկելի հաստությունը և դոպինգի կոնցենտրացիան, ինչպես նաև նյութի օպտիմալ որակը: Բարձրորակ Ga2O3 էպիտաքսիալ շերտերը սովորաբար նստեցնում են՝ օգտագործելով մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիա (MBE), մետաղական օրգանական քիմիական գոլորշիների նստեցում (MOCVD), հալոգենային գոլորշիների նստեցում (HVPE), իմպուլսային լազերային նստեցում (PLD) և մառախուղի CVD-ի վրա հիմնված նստեցման տեխնիկա:

Աղյուսակ 2 Որոշ ներկայացուցչական էպիտաքսիալ տեխնոլոգիաներ

2.1 MBE մեթոդ

MBE տեխնոլոգիան հայտնի է բարձրորակ, անսարք β-Ga2O3 թաղանթներ աճեցնելու ունակությամբ՝ կառավարելի n-տիպի դոպինգով, շնորհիվ իր ծայրահեղ բարձր վակուումային միջավայրի և նյութի բարձր մաքրության: Արդյունքում, այն դարձել է ամենալայն ուսումնասիրված և պոտենցիալ առևտրայնացված β-Ga2O3 բարակ թաղանթի նստեցման տեխնոլոգիաներից մեկը: Բացի այդ, MBE մեթոդը հաջողությամբ պատրաստեց նաև բարձրորակ, ցածր դոպինգով հետերկառուցվածքով β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 բարակ թաղանթային շերտ: MBE-ն կարող է իրական ժամանակում վերահսկել մակերևույթի կառուցվածքը և մորֆոլոգիան ատոմային շերտի ճշգրտությամբ՝ օգտագործելով արտացոլման բարձր էներգիայի էլեկտրոնների դիֆրակցիան (RHEED): Այնուամենայնիվ, MBE տեխնոլոգիայի կիրառմամբ աճեցված β-Ga2O3 ֆիլմերը դեռևս բախվում են բազմաթիվ մարտահրավերների, ինչպիսիք են աճի ցածր տեմպը և ֆիլմի փոքր չափը: Հետազոտությունը ցույց է տվել, որ աճի տեմպերը եղել են (010)>(001)>(−201)>(100) կարգի: Մի փոքր Ga-ով հարուստ 650-ից 750°C պայմաններում β-Ga2O3 (010) ցուցադրում է օպտիմալ աճ՝ հարթ մակերեսով և բարձր աճի տեմպերով: Օգտագործելով այս մեթոդը, β-Ga2O3 էպիտաքսիան հաջողությամբ ձեռք բերվեց 0,1 նմ RMS կոպտությամբ: β-Ga2O3 Ga-ով հարուստ միջավայրում տարբեր ջերմաստիճաններում աճեցված MBE ֆիլմերը ներկայացված են նկարում: Novel Crystal Technology Inc.-ը հաջողությամբ էպիտաքսիալ կերպով արտադրել է 10 × 15 մմ2 β-Ga2O3MBE վաֆլիներ: Նրանք ապահովում են բարձրորակ (010) ուղղվածություն ունեցող β-Ga2O3 միաբյուրեղային ենթաշերտեր՝ 500 մկմ հաստությամբ և XRD FWHM 150 աղեղային վայրկյանից ցածր: Ենթաշերտը դոփված է Sn կամ Fe դոպինգով: Sn-դոպինգով հաղորդիչ ենթաշերտը ունի դոպինգի կոնցենտրացիան 1E18-ից 9E18cm−3, մինչդեռ երկաթով դոպինգով կիսամեկուսացնող ենթաշերտը ունի 10E10 Ω սմ-ից բարձր դիմադրողականություն:

2.2 MOCVD մեթոդ

MOCVD-ն օգտագործում է մետաղական օրգանական միացություններ՝ որպես պրեկուրսոր նյութեր՝ բարակ թաղանթներ աճեցնելու համար՝ դրանով իսկ հասնելով լայնածավալ առևտրային արտադրության: MOCVD մեթոդով Ga2O3 աճեցնելիս որպես Ga աղբյուր սովորաբար օգտագործվում են տրիմեթիլգալիումը (TMGa), տրիէթիլգալիումը (TEGa) և Ga (դիպենտիլգլիկոլ ֆորմատը), մինչդեռ որպես թթվածնի աղբյուր՝ H2O, O2 կամ N2O: Այս մեթոդով աճը հիմնականում պահանջում է բարձր ջերմաստիճան (>800°C): Այս տեխնոլոգիան ունի ցածր կրիչի կոնցենտրացիայի և բարձր և ցածր ջերմաստիճանի էլեկտրոնների շարժունակության հասնելու ներուժ, ուստի այն մեծ նշանակություն ունի բարձր արդյունավետության β-Ga2O3 ուժային սարքերի իրականացման համար: MBE աճի մեթոդի համեմատությամբ, MOCVD-ն ունի β-Ga2O3 թաղանթների աճի շատ բարձր տեմպերի առավելություն՝ բարձր ջերմաստիճանի աճի և քիմիական ռեակցիաների բնութագրերի շնորհիվ:

Նկար 7 β-Ga2O3 (010) AFM պատկեր

Նկար 8 β-Ga2O3 Հարաբերակցությունը μ-ի և թերթիկի դիմադրության միջև, որը չափվում է Hall-ով և ջերմաստիճանով

2.3 HVPE մեթոդ

HVPE-ն հասուն էպիտաքսիալ տեխնոլոգիա է և լայնորեն օգտագործվել է III-V բարդ կիսահաղորդիչների էպիտաքսիալ աճի մեջ: HVPE-ն հայտնի է արտադրության ցածր գնով, արագ աճի տեմպերով և թաղանթի բարձր հաստությամբ: Հարկ է նշել, որ HVPEβ-Ga2O3-ը սովորաբար դրսևորում է կոպիտ մակերևույթի մորֆոլոգիա և մակերևութային արատների և փոսերի բարձր խտություն: Հետևաբար, սարքի արտադրությունից առաջ քիմիական և մեխանիկական փայլեցման գործընթացներ են պահանջվում: HVPE տեխնոլոգիան β-Ga2O3 էպիտաքսիայի համար սովորաբար օգտագործում է գազային GaCl և O2 որպես պրեկուրսորներ՝ խթանելու (001) β-Ga2O3 մատրիցայի բարձր ջերմաստիճանի ռեակցիան: Նկար 9-ը ցույց է տալիս էպիտաքսիալ թաղանթի մակերևույթի վիճակը և աճի արագությունը՝ կախված ջերմաստիճանից: Վերջին տարիներին ճապոնական Novel Crystal Technology Inc.-ն զգալի առևտրային հաջողությունների է հասել HVPE հոմոէպիտաքսիալ β-Ga2O3-ում, էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը 5-ից 10 մկմ և վաֆլի չափերը՝ 2 և 4 դյույմ: Բացի այդ, China Electronics Technology Group Corporation-ի կողմից արտադրված 20 մկմ հաստությամբ HVPE β-Ga2O3 հոմոէպիտաքսիալ վաֆլիները նույնպես մտել են առևտրայնացման փուլ:

Նկար 9 HVPE մեթոդ β-Ga2O3

2.4 PLD մեթոդ

PLD տեխնոլոգիան հիմնականում օգտագործվում է բարդ օքսիդային թաղանթների և հետերկառուցվածքների տեղադրման համար: PLD աճի գործընթացում ֆոտոնների էներգիան զուգակցվում է թիրախային նյութի հետ էլեկտրոնների արտանետման գործընթացի միջոցով: Ի տարբերություն MBE-ի, PLD-ի աղբյուրի մասնիկները ձևավորվում են լազերային ճառագայթմամբ՝ չափազանց բարձր էներգիայով (>100 էՎ) և այնուհետև նստում ջեռուցվող ենթաշերտի վրա: Այնուամենայնիվ, աբլյացիայի գործընթացում որոշ բարձր էներգիայի մասնիկներ ուղղակիորեն կազդեն նյութի մակերեսի վրա՝ առաջացնելով կետային թերություններ և այդպիսով նվազեցնելով թաղանթի որակը: MBE մեթոդի նման, RHEED-ը կարող է օգտագործվել PLD β-Ga2O3 նստեցման գործընթացում իրական ժամանակում վերահսկելու նյութի մակերեսային կառուցվածքը և մորֆոլոգիան, ինչը թույլ է տալիս հետազոտողներին ճշգրիտ ստանալ աճի մասին տեղեկատվություն: Ակնկալվում է, որ PLD մեթոդը կբարձրացնի բարձր հաղորդունակ β-Ga2O3 թաղանթներ՝ դարձնելով այն օպտիմալացված օհմիկ կոնտակտային լուծում Ga2O3 էներգիայի սարքերում:

Նկար 10 Si doped Ga2O3-ի AFM պատկերը

2.5 MIST-CVD մեթոդ

MIST-CVD-ն համեմատաբար պարզ և ծախսարդյունավետ բարակ թաղանթի աճի տեխնոլոգիա է: Այս CVD մեթոդը ներառում է ատոմացված պրեկուրսորի ցողման ռեակցիան սուբստրատի վրա՝ հասնելու բարակ թաղանթի նստվածքի: Այնուամենայնիվ, մինչ այժմ մառախուղ CVD-ի միջոցով աճեցված Ga2O3-ը դեռևս չունի լավ էլեկտրական հատկություններ, ինչը մեծ տեղ է թողնում ապագայում կատարելագործման և օպտիմալացման համար: