2. Епитаксијален раст на тенок филм
Подлогата обезбедува физички потпорен слој или проводен слој за уредите за напојување Ga2O3. Следниот важен слој е каналниот слој или епитаксијалниот слој што се користи за отпорност на напон и транспорт на носачот. Со цел да се зголеми пробивниот напон и да се минимизира отпорот на спроводливост, контролираната дебелина и концентрацијата на допинг, како и оптималниот квалитет на материјалот, се некои предуслови. Висококвалитетните епитаксијални слоеви Ga2O3 вообичаено се депонираат со користење на техники за таложење со молекуларен зрак (MBE), таложење на метална органска хемиска пареа (MOCVD), таложење на пареа на халид (HVPE), таложење со импулсно ласерско таложење (PLD) и таложење базирано на магла CVD.
Табела 2 Некои репрезентативни епитаксијални технологии
2.1 MBE метод
Технологијата MBE е позната по својата способност да одгледува висококвалитетни β-Ga2O3 филмови без дефекти со контролиран допинг од n-тип поради неговата ултра-висока вакуумска средина и високата чистота на материјалот. Како резултат на тоа, таа стана една од најпроучените и потенцијално комерцијализираните технологии за таложење на тенок филм β-Ga2O3. Дополнително, методот MBE, исто така, успешно подготви висококвалитетен, ниска допирана хетероструктура β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 тенок филм слој. MBE може да ја следи структурата и морфологијата на површината во реално време со прецизност на атомскиот слој со користење на рефлексивно високо-енергетско електронско дифракција (RHEED). Сепак, β-Ga2O3 филмовите кои се одгледуваат со помош на технологијата MBE сè уште се соочуваат со многу предизвици, како што се ниската стапка на раст и малата големина на филмот. Студијата покажа дека стапката на раст е од редот на (010)>(001)>(−201)>(100). Под услови малку богати со Ga од 650 до 750°C, β-Ga2O3 (010) покажува оптимален раст со мазна површина и висока стапка на раст. Со користење на овој метод, β-Ga2O3 епитаксијата беше успешно постигната со RMS грубост од 0,1 nm. β-Ga2O3 Во средина богата со Ga, MBE филмовите одгледувани на различни температури се прикажани на сликата. Novel Crystal Technology Inc. успешно епитаксијално произведе 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE наполитанки. Тие обезбедуваат висококвалитетни (010) ориентирани β-Ga2O3 монокристални подлоги со дебелина од 500 μm и XRD FWHM под 150 лачни секунди. Подлогата е допирана со Sn или допирана со Fe. Спроводливата подлога допирана со Sn има допинг концентрација од 1E18 до 9E18cm−3, додека полуизолациската подлога со допирана железо има отпорност поголема од 10E10 Ω cm.
2.2 MOCVD метод
MOCVD користи метални органски соединенија како прекурсорни материјали за растење на тенки филмови, со што се постигнува големо комерцијално производство. Кога се одгледува Ga2O3 со методот MOCVD, триметилгалиум (TMGa), триетилгалиум (TEGa) и Ga (дипентил гликол формат) обично се користат како извор на Ga, додека H2O, O2 или N2O се користат како извор на кислород. Растот со овој метод генерално бара високи температури (>800°C). Оваа технологија има потенцијал да постигне ниска концентрација на носител и мобилност на електрони со висока и ниска температура, па затоа е од големо значење за реализација на уреди со моќност β-Ga2O3 со високи перформанси. Во споредба со методот на раст MBE, MOCVD ја има предноста што постигнува многу високи стапки на раст на β-Ga2O3 филмовите поради карактеристиките на растот на висока температура и хемиските реакции.
Слика 7 β-Ga2O3 (010) AFM слика
Слика 8 β-Ga2O3 Односот помеѓу μ и отпорноста на листот мерена со Hall и температурата
2.3 HVPE метод
HVPE е зрела епитаксијална технологија и е широко користена во епитаксијалниот раст на III-V сложените полупроводници. HVPE е познат по ниските трошоци за производство, брзата стапка на раст и високата дебелина на филмот. Треба да се забележи дека HVPEβ-Ga2O3 обично покажува груба морфологија на површината и висока густина на површински дефекти и јами. Затоа, потребни се хемиски и механички процеси на полирање пред да се произведе уредот. HVPE технологијата за β-Ga2O3 епитаксија обично користи гасовити GaCl и O2 како прекурсори за промовирање на реакцијата на висока температура на (001) β-Ga2O3 матрицата. Слика 9 ја прикажува состојбата на површината и стапката на раст на епитаксијалниот филм како функција од температурата. Во последниве години, јапонската Novel Crystal Technology Inc. постигна значителен комерцијален успех во HVPE хомоепитаксија β-Ga2O3, со дебелина на епитаксијалниот слој од 5 до 10 μm и големини на нафора од 2 и 4 инчи. Покрај тоа, HVPE β-Ga2O3 хомоепитаксијалните наполитанки со дебелина од 20 μm, произведени од China Electronics Technology Group Corporation, исто така, влегоа во фаза на комерцијализација.
Слика 9 HVPE метод β-Ga2O3
2.4 PLD метод
PLD технологијата главно се користи за депонирање на сложени оксидни филмови и хетероструктури. За време на процесот на раст на PLD, енергијата на фотонот се спојува со целниот материјал преку процесот на емисија на електрони. За разлика од MBE, честичките од изворот на PLD се формираат со ласерско зрачење со екстремно висока енергија (>100 eV) и последователно се депонираат на загреана подлога. Меѓутоа, за време на процесот на аблација, некои високоенергетски честички директно ќе влијаат на површината на материјалот, создавајќи точкасти дефекти и со тоа ќе го намалат квалитетот на филмот. Слично на методот MBE, RHEED може да се користи за следење на структурата на површината и морфологијата на материјалот во реално време за време на процесот на таложење на PLD β-Ga2O3, овозможувајќи им на истражувачите прецизно да добијат информации за растот. Се очекува методот PLD да расте високопроводливи β-Ga2O3 филмови, што го прави оптимизирано омско контактно решение во уредите за напојување Ga2O3.
Слика 10 Слика AFM на Si допирана Ga2O3
2.5 MIST-CVD метод
MIST-CVD е релативно едноставна и исплатлива технологија за раст на тенок слој. Овој CVD метод вклучува реакција на прскање на атомизиран претходник на подлога за да се постигне таложење на тенок филм. Сепак, досега, Ga2O3 одгледуван со употреба на магла CVD сè уште нема добри електрични својства, што остава многу простор за подобрување и оптимизација во иднина.
Време на објавување: мај-30-2024 година