2. Эпитаксиальды жұқа қабықтың өсуі
Субстрат Ga2O3 қуат құрылғылары үшін физикалық тірек қабатын немесе өткізгіш қабатын қамтамасыз етеді. Келесі маңызды қабат кернеуге төзімділік пен тасымалдаушыны тасымалдау үшін қолданылатын арна қабаты немесе эпитаксиалды қабат болып табылады. Бұзылу кернеуін жоғарылату және өткізгіштікке төзімділікті азайту үшін бақыланатын қалыңдық пен қоспа концентрациясы, сонымен қатар материалдың оңтайлы сапасы кейбір алғышарттар болып табылады. Жоғары сапалы Ga2O3 эпитаксиалды қабаттары әдетте молекулярлық сәулелік эпитаксия (MBE), металл органикалық химиялық бу тұндыру (MOCVD), галогендік бу тұндыру (HVPE), импульстік лазерлік тұндыру (PLD) және тұман CVD негізіндегі тұндыру әдістері арқылы тұндырылады.
2-кесте Кейбір репрезентативті эпитаксиалды технологиялар
2.1 MBE әдісі
MBE технологиясы ультра жоғары вакуумдық орта және жоғары материал тазалығы арқасында бақыланатын n-типті қоспасы бар жоғары сапалы, ақаусыз β-Ga2O3 қабықшаларын өсіру қабілетімен танымал. Нәтижесінде ол β-Ga2O3 жұқа қабықшасын тұндырудың ең көп зерттелген және әлеуетті коммерцияланған технологияларының біріне айналды. Сонымен қатар, MBE әдісі жоғары сапалы, төмен легирленген гетероструктуралық β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 жұқа қабықша қабатын сәтті дайындады. MBE рефлексті жоғары энергиялы электрон дифракциясын (RHEED) пайдалану арқылы атом қабатының дәлдігімен бет құрылымы мен морфологиясын нақты уақытта бақылай алады. Дегенмен, MBE технологиясын қолдана отырып өсірілген β-Ga2O3 пленкалары әлі де өсу жылдамдығының төмендігі және пленканың кішкентай өлшемі сияқты көптеген қиындықтарға тап болады. Зерттеу нәтижесінде өсу қарқыны (010)>(001)>(−201)>(100) тәртібінде екені анықталды. 650-ден 750°C-қа дейінгі Ga-ға аздап бай жағдайларда β-Ga2O3 (010) тегіс бетімен және жоғары өсу жылдамдығымен оңтайлы өсуді көрсетеді. Бұл әдісті қолдану арқылы β-Ga2O3 эпитаксисі 0,1 нм RMS кедір-бұдырымен сәтті жүзеге асырылды. β-Ga2O3 Ga-ға бай ортада әртүрлі температурада өсірілген MBE қабықшалары суретте көрсетілген. Novel Crystal Technology Inc. компаниясы эпитаксистік жолмен 10 × 15 мм2 β-Ga2O3MBE пластинкаларын сәтті шығарды. Олар қалыңдығы 500 мкм және XRD FWHM 150 доғалық секундтан төмен жоғары сапалы (010) бағытталған β-Ga2O3 монокристалды субстраттарды қамтамасыз етеді. Субстрат Sn немесе Fe қоспасы бар. Sn қоспасы бар өткізгіш субстрат 1E18-ден 9E18см−3-ке дейінгі қоспа концентрациясына ие, ал темір қоспасы бар жартылай оқшаулағыш субстраттың кедергісі 10E10 Ом см-ден жоғары.
2.2 MOCVD әдісі
MOCVD жұқа қабықшаларды өсіру үшін прекурсорлық материалдар ретінде металл органикалық қосылыстарды пайдаланады, осылайша кең ауқымды коммерциялық өндіріске қол жеткізеді. MOCVD әдісімен Ga2O3 өсіргенде, әдетте Ga көзі ретінде триметилгалий (TMGa), триэтилгалий (TEGa) және Ga (дипентилгликоль форматы), ал оттегі көзі ретінде H2O, O2 немесе N2O пайдаланылады. Бұл әдісті пайдаланатын өсу әдетте жоғары температураны (>800°C) қажет етеді. Бұл технологияның төмен тасымалдаушы концентрациясына және жоғары және төмен температурадағы электрондардың қозғалғыштығына қол жеткізу әлеуеті бар, сондықтан оның өнімділігі жоғары β-Ga2O3 қуат құрылғыларын жүзеге асыру үшін үлкен маңызы бар. MBE өсу әдісімен салыстырғанда, MOCVD жоғары температуралық өсу мен химиялық реакциялардың сипаттамаларына байланысты β-Ga2O3 қабықшаларының өте жоғары өсу қарқынына қол жеткізудің артықшылығына ие.
7-сурет β-Ga2O3 (010) AFM кескіні
8-сурет β-Ga2O3 Холл және температура арқылы өлшенетін μ және парақ кедергісі арасындағы байланыс
2.3 HVPE әдісі
HVPE - жетілген эпитаксиалды технология және III-V қосылыс жартылай өткізгіштердің эпитаксиалды өсуінде кеңінен қолданылған. HVPE өндірісінің төмен құнымен, жылдам өсу қарқынымен және жоғары пленка қалыңдығымен танымал. Айта кету керек, HVPEβ-Ga2O3 әдетте бетінің өрескел морфологиясын және беткі ақаулар мен шұңқырлардың жоғары тығыздығын көрсетеді. Сондықтан құрылғыны жасау алдында химиялық және механикалық жылтырату процестері қажет. β-Ga2O3 эпитаксисіне арналған HVPE технологиясы әдетте (001) β-Ga2O3 матрицасының жоғары температуралық реакциясын ілгерілету үшін прекурсорлар ретінде газ тәрізді GaCl және O2 пайдаланады. 9-суретте температураға байланысты эпитаксиалды пленканың бетінің күйі мен өсу жылдамдығы көрсетілген. Соңғы жылдары жапондық Novel Crystal Technology Inc. HVPE гомоэпитаксиалды β-Ga2O3 бойынша маңызды коммерциялық табысқа жетті, эпитаксиалды қабат қалыңдығы 5-тен 10 мкм-ге дейін және пластинаның өлшемдері 2 және 4 дюйм. Сонымен қатар, China Electronics Technology Group корпорациясы шығарған қалыңдығы 20 мкм HVPE β-Ga2O3 гомоэпитаксиалды пластиналар да коммерцияландыру кезеңіне өтті.
9-сурет HVPE әдісі β-Ga2O3
2.4 PLD әдісі
PLD технологиясы негізінен күрделі оксидті қабықшалар мен гетероқұрылымдарды тұндыру үшін қолданылады. PLD өсу процесі кезінде фотон энергиясы электронды эмиссия процесі арқылы мақсатты материалға қосылады. MBE-ден айырмашылығы, PLD көзінің бөлшектері өте жоғары энергиямен (>100 эВ) лазерлік сәулелену арқылы қалыптасады және кейіннен қыздырылған субстратқа қойылады. Дегенмен, абляция процесі кезінде кейбір жоғары энергиялы бөлшектер материалдың бетіне тікелей әсер етіп, нүктелік ақауларды тудырады және осылайша пленка сапасын төмендетеді. MBE әдісіне ұқсас, RHEED PLD β-Ga2O3 тұндыру процесі кезінде нақты уақытта материалдың беткі құрылымы мен морфологиясын бақылау үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл зерттеушілерге өсу туралы ақпаратты дәл алуға мүмкіндік береді. PLD әдісі жоғары өткізгіштікке ие β-Ga2O3 қабықшаларын өсіреді деп күтілуде, бұл оны Ga2O3 қуат құрылғыларында оңтайландырылған омикалық контактілі шешімге айналдырады.
10-сурет Si қоспасы бар Ga2O3 AFM кескіні
2.5 MIST-CVD әдісі
MIST-CVD - салыстырмалы түрде қарапайым және үнемді жұқа қабықшаны өсіру технологиясы. Бұл CVD әдісі жұқа қабықша тұндыруына қол жеткізу үшін атомдалған прекурсорды субстратқа бүрку реакциясын қамтиды. Дегенмен, әлі күнге дейін CVD тұманымен өсірілген Ga2O3 әлі де жақсы электрлік қасиеттерге ие емес, бұл болашақта жақсарту және оңтайландыру үшін көп орын қалдырады.
Хабарлама уақыты: 30 мамыр 2024 ж