2. Epitaxial þunn filmuvöxtur
Undirlagið veitir líkamlegt stuðningslag eða leiðandi lag fyrir Ga2O3 raforkutæki. Næsta mikilvæga lagið er rásalagið eða epitaxial lagið sem notað er fyrir spennuviðnám og flutningsburð. Til þess að auka niðurbrotsspennu og lágmarka leiðniviðnám eru stýranleg þykkt og lyfjaþéttni, auk bestu efnisgæða, nokkrar forsendur. Hágæða Ga2O3 epitaxial lög eru venjulega sett með sameindageisla epitaxy (MBE), málm lífræn efna gufuútfellingu (MOCVD), halide gufuútfellingu (HVPE), púls leysir útfellingu (PLD) og þoku CVD útfellingartækni.
Tafla 2 Nokkur dæmigerð epitaxial tækni
2.1 MBE aðferð
MBE tæknin er þekkt fyrir getu sína til að rækta hágæða, gallalausar β-Ga2O3 filmur með stýranlegri n-gerð lyfjanotkun vegna ofurmikils lofttæmisumhverfis og mikils efnishreinleika. Fyrir vikið hefur það orðið ein mest rannsakaða og hugsanlega markaðssett β-Ga2O3 þunnfilmuútfellingartækni. Að auki útbjó MBE aðferðin einnig með góðum árangri hágæða, lágdópað heterostructure β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 þunnt filmulag. MBE getur fylgst með yfirborðsbyggingu og formgerð í rauntíma með lotulagsnákvæmni með því að nota endurspeglun háorku rafeindabeygju (RHEED). Hins vegar standa β-Ga2O3 kvikmyndir ræktaðar með MBE tækni enn frammi fyrir mörgum áskorunum, svo sem lágum vaxtarhraða og lítilli filmustærð. Rannsóknin leiddi í ljós að vaxtarhraðinn var í röðinni (010)>(001)>(−201)>(100). Við örlítið Ga-ríkar aðstæður, 650 til 750°C, sýnir β-Ga2O3 (010) ákjósanlegan vöxt með sléttu yfirborði og miklum vaxtarhraða. Með því að nota þessa aðferð náðist β-Ga2O3 þekjumyndun með góðum árangri með RMS grófleika upp á 0,1 nm. β-Ga2O3 Í Ga-ríku umhverfi eru MBE filmur ræktaðar við mismunandi hitastig sýndar á myndinni. Novel Crystal Technology Inc. hefur með góðum árangri framleitt 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE oblátur með góðum árangri. Þeir veita hágæða (010) stilla β-Ga2O3 einkristal hvarfefni með þykkt 500 μm og XRD FWHM undir 150 bogasekúndum. Undirlagið er Sn-dópað eða Fe-dópað. Sn-dópað leiðandi hvarfefnið hefur lyfjaþéttni 1E18 til 9E18cm−3, en járndópað hálfeinangrandi undirlagið hefur hærri viðnám en 10E10 Ω cm.
2.2 MOCVD aðferð
MOCVD notar lífræn málmsambönd sem undanfaraefni til að rækta þunnar filmur og ná þannig fram stórfelldri framleiðslu í atvinnuskyni. Þegar Ga2O3 er ræktað með MOCVD-aðferðinni eru trímetýlgallíum (TMGa), tríetýlgallíum (TEGa) og Ga (dípentýlglýkólformat) venjulega notaðar sem Ga uppspretta, en H2O, O2 eða N2O eru notuð sem súrefnisgjafi. Vöxtur með þessari aðferð krefst yfirleitt hás hitastigs (>800°C). Þessi tækni hefur tilhneigingu til að ná lágum burðarstyrk og hreyfanleika rafeinda við háan og lágan hita, þannig að hún hefur mikla þýðingu fyrir framkvæmd afkastamikilla β-Ga2O3 afltækja. Í samanburði við MBE vaxtaraðferðina hefur MOCVD þann kost að ná mjög háum vaxtarhraða β-Ga2O3 kvikmynda vegna eiginleika háhitavaxtar og efnahvarfa.
Mynd 7 β-Ga2O3 (010) AFM mynd
Mynd 8 β-Ga2O3 Sambandið milli μog lakviðnáms mælt með Hall og hitastigi
2.3 HVPE aðferð
HVPE er þroskuð epitaxial tækni og hefur verið mikið notuð í epitaxial vexti III-V samsettra hálfleiðara. HVPE er þekkt fyrir lágan framleiðslukostnað, hraðan vaxtarhraða og mikla filmuþykkt. Það skal tekið fram að HVPEβ-Ga2O3 sýnir venjulega grófa yfirborðsformgerð og mikinn þéttleika yfirborðsgalla og gryfja. Þess vegna er krafist efnafræðilegra og vélrænna fægjaferla áður en tækið er framleitt. HVPE tækni fyrir β-Ga2O3 epitaxy notar venjulega loftkenndan GaCl og O2 sem undanfara til að stuðla að háhitaviðbrögðum (001) β-Ga2O3 fylkisins. Mynd 9 sýnir yfirborðsástand og vaxtarhraða epitaxial filmunnar sem fall af hitastigi. Á undanförnum árum hefur Japans Novel Crystal Technology Inc. náð umtalsverðum viðskiptalegum árangri í HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, með þykkt þekjulaga 5 til 10 μm og oblátastærðir 2 og 4 tommur. Að auki hafa 20 μm þykkar HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial oblátur framleiddar af China Electronics Technology Group Corporation einnig farið inn á markaðssetningarstigið.
Mynd 9 HVPE aðferð β-Ga2O3
2.4 PLD aðferð
PLD tækni er aðallega notuð til að setja flóknar oxíðfilmur og heterostructures. Meðan á PLD vaxtarferlinu stendur er ljóseindaorka tengd við markefnið í gegnum rafeindalosunarferlið. Öfugt við MBE myndast PLD uppspretta agnir með leysigeislun með mjög mikilli orku (>100 eV) og síðan sett á hitað undirlag. Hins vegar, meðan á brottnáminu stendur, munu sumar háorkuagnir hafa bein áhrif á yfirborð efnisins, skapa punktgalla og draga þannig úr gæðum filmunnar. Líkt og MBE aðferðin er hægt að nota RHEED til að fylgjast með yfirborðsbyggingu og formgerð efnisins í rauntíma meðan á PLD β-Ga2O3 útfellingarferlinu stendur, sem gerir vísindamönnum kleift að fá nákvæmar upplýsingar um vöxt. Gert er ráð fyrir að PLD aðferðin rækti mjög leiðandi β-Ga2O3 filmur, sem gerir hana að bjartsýni óómískri snertilausn í Ga2O3 rafmagnstækjum.
Mynd 10 AFM mynd af Si-dópuðu Ga2O3
2.5 MIST-CVD aðferð
MIST-CVD er tiltölulega einföld og hagkvæm þunnfilmuvöxtartækni. Þessi CVD aðferð felur í sér hvarfið að úða atomized forefni á undirlag til að ná þunnri filmu útfellingu. Hins vegar, enn sem komið er, skortir Ga2O3 ræktað með þoku CVD enn góða rafmagnseiginleika, sem gefur mikið pláss fyrir umbætur og hagræðingu í framtíðinni.
Birtingartími: maí-30-2024