3. Epitaksinis plonasluoksnis augimas
Pagrindas suteikia fizinį atraminį arba laidų sluoksnį Ga2O3 maitinimo įrenginiams. Kitas svarbus sluoksnis yra kanalo sluoksnis arba epitaksinis sluoksnis, naudojamas atsparumui įtampai ir nešiklio transportavimui. Norint padidinti gedimo įtampą ir sumažinti atsparumą laidumui, būtina kontroliuoti storį ir dopingo koncentraciją, taip pat optimalią medžiagos kokybę. Aukštos kokybės Ga2O3 epitaksiniai sluoksniai paprastai nusodinami naudojant molekulinio pluošto epitaksiją (MBE), metalo organinį cheminį nusodinimą garais (MOCVD), halogenidų nusodinimą iš garų (HVPE), impulsinį lazerinį nusodinimą (PLD) ir rūko CVD nusodinimo metodus.
2 lentelė Kai kurios tipinės epitaksinės technologijos
3.1 MBE metodas
MBE technologija garsėja savo gebėjimu auginti aukštos kokybės, be defektų β-Ga2O3 plėveles su kontroliuojamu n tipo legiravimu dėl itin didelės vakuuminės aplinkos ir didelio medžiagų grynumo. Dėl to ji tapo viena iš plačiausiai ištirtų ir potencialiai komercializuojamų β-Ga2O3 plonasluoksnių nusodinimo technologijų. Be to, MBE metodu taip pat sėkmingai paruoštas aukštos kokybės, mažai legiruoto heterostruktūros β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 plonasluoksnis sluoksnis. MBE gali stebėti paviršiaus struktūrą ir morfologiją realiu laiku atominio sluoksnio tikslumu, naudojant atspindžio didelės energijos elektronų difrakciją (RHEED). Tačiau β-Ga2O3 plėvelės, auginamos naudojant MBE technologiją, vis dar susiduria su daugybe iššūkių, tokių kaip mažas augimo greitis ir mažas plėvelės dydis. Tyrimo metu nustatyta, kad augimo tempas buvo (010)>(001)>(−201)>(100). Esant šiek tiek Ga gausioms 650–750 °C sąlygoms, β-Ga2O3 (010) auga optimaliai, paviršius lygus ir didelis augimo greitis. Naudojant šį metodą, β-Ga2O3 epitaksija buvo sėkmingai pasiekta, kai RMS šiurkštumas buvo 0, 1 nm. β-Ga2O3 Ga turtingoje aplinkoje MBE plėvelės, išaugintos skirtingoje temperatūroje, parodytos paveikslėlyje. „Novel Crystal Technology Inc.“ sėkmingai epitaksiniu būdu pagamino 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE plokšteles. Jie suteikia aukštos kokybės (010) orientuotus β-Ga2O3 monokristalinius substratus, kurių storis yra 500 μm, o XRD FWHM mažesnis nei 150 lanko sekundžių. Substratas yra legiruotas Sn arba Fe. Sn legiruoto laidžiojo pagrindo dopingo koncentracija yra nuo 1E18 iki 9E18cm−3, o geležimi legiruoto pusiau izoliacinio pagrindo varža didesnė nei 10E10 Ω cm.
3.2 MOCVD metodas
MOCVD naudoja metalo organinius junginius kaip pirmtakus plonoms plėvelėms auginti, taip pasiekiant didelio masto komercinę gamybą. Auginant Ga2O3 MOCVD metodu, kaip Ga šaltinis dažniausiai naudojamas trimetilgalis (TMGa), trietilgalis (TEGa) ir Ga (dipentilglikolio formiatas), o kaip deguonies šaltinis – H2O, O2 arba N2O. Auginant šiuo metodu, paprastai reikia aukštos temperatūros (>800°C). Ši technologija gali pasiekti mažą nešiklio koncentraciją ir aukštą bei žemą temperatūrų elektronų mobilumą, todėl ji turi didelę reikšmę realizuojant didelio našumo β-Ga2O3 galios įrenginius. Palyginti su MBE augimo metodu, MOCVD pranašumas yra tas, kad dėl augimo aukštoje temperatūroje ir cheminių reakcijų savybių pasiekiamas labai didelis β-Ga2O3 plėvelių augimo greitis.
7 pav. β-Ga2O3 (010) AFM vaizdas
8 pav. β-Ga2O3 Ryšys tarp μ ir lakšto varžos, išmatuotos pagal Hall ir temperatūros
3.3 HVPE metodas
HVPE yra brandi epitaksinė technologija ir buvo plačiai naudojama III-V sudėtinių puslaidininkių epitaksiniam augimui. HVPE yra žinomas dėl mažų gamybos sąnaudų, greito augimo greičio ir didelio plėvelės storio. Reikėtų pažymėti, kad HVPEβ-Ga2O3 paprastai turi grubią paviršiaus morfologiją ir didelį paviršiaus defektų bei duobių tankį. Todėl prieš gaminant įrenginį būtina atlikti cheminio ir mechaninio poliravimo procesus. HVPE technologijoje β-Ga2O3 epitaksijai paprastai naudojami dujiniai GaCl ir O2 kaip pirmtakai, skatinantys (001) β-Ga2O3 matricos reakciją aukštoje temperatūroje. 9 paveiksle parodyta epitaksinės plėvelės paviršiaus būklė ir augimo greitis kaip temperatūros funkcija. Pastaraisiais metais Japonijos „Novel Crystal Technology Inc.“ pasiekė didelę komercinę sėkmę gaminant HVPE homoepitaksinį β-Ga2O3, kurio epitaksinio sluoksnio storis nuo 5 iki 10 μm, o plokštelių dydis – 2 ir 4 coliai. Be to, 20 μm storio HVPE β-Ga2O3 homoepitaksinės plokštelės, pagamintos China Electronics Technology Group Corporation, taip pat pateko į komercializavimo etapą.
9 pav. HVPE metodas β-Ga2O3
3.4 PLD metodas
PLD technologija daugiausia naudojama sudėtingoms oksido plėvelėms ir heterostruktūroms nusodinti. PLD augimo proceso metu fotonų energija sujungiama su tiksline medžiaga per elektronų emisijos procesą. Priešingai nei MBE, PLD šaltinio dalelės susidaro itin didelės energijos (>100 eV) lazerio spinduliuote ir vėliau nusėda ant įkaitinto pagrindo. Tačiau abliacijos proceso metu kai kurios didelės energijos dalelės tiesiogiai paveiks medžiagos paviršių, sukurdamos taškinius defektus ir taip sumažindamos plėvelės kokybę. Panašiai kaip ir MBE metodas, RHEED gali būti naudojamas medžiagos paviršiaus struktūrai ir morfologijai stebėti realiu laiku PLD β-Ga2O3 nusodinimo proceso metu, todėl mokslininkai gali tiksliai gauti informaciją apie augimą. Tikimasi, kad PLD metodas išaugins labai laidžias β-Ga2O3 plėveles, todėl tai bus optimizuotas ominis kontaktinis sprendimas Ga2O3 maitinimo įrenginiuose.
10 pav. Si legiruoto Ga2O3 AFM vaizdas
3.5 MIST-CVD metodas
MIST-CVD yra gana paprasta ir ekonomiška plonų plėvelių auginimo technologija. Šis CVD metodas apima purškiamo pirmtako purškimo ant substrato reakciją, kad būtų pasiektas plonos plėvelės nusodinimas. Tačiau kol kas Ga2O3, auginamas naudojant miglinį CVD, dar neturi gerų elektrinių savybių, o tai palieka daug erdvės tobulėjimui ir optimizavimui ateityje.
Paskelbimo laikas: 2024-05-30