2. Эпитаксиаль нимгэн хальсны өсөлт
Субстрат нь Ga2O3 тэжээлийн төхөөрөмжүүдийн физик дэмжлэгийн давхарга эсвэл дамжуулагч давхаргаар хангадаг. Дараагийн чухал давхарга нь хүчдэлийн эсэргүүцэл ба тээвэрлэгчийг тээвэрлэхэд ашигладаг сувгийн давхарга буюу эпитаксиаль давхарга юм. Эвдрэлийн хүчдэлийг нэмэгдүүлэх, дамжуулалтын эсэргүүцлийг багасгахын тулд хянах боломжтой зузаан, допингийн концентраци, түүнчлэн материалын оновчтой чанар нь зарим урьдчилсан нөхцөл юм. Өндөр чанартай Ga2O3 эпитаксиаль давхаргыг ихэвчлэн молекул цацрагийн эпитакси (MBE), металлын органик химийн уурын хуримтлал (MOCVD), галидын уурын хуримтлал (HVPE), импульсийн лазер хуримтлал (PLD), манан ЗСҮ-д суурилсан хуримтлуулах аргыг ашиглан хадгалдаг.
Хүснэгт 2 Зарим төлөөллийн эпитаксиаль технологи
2.1 MBE арга
MBE технологи нь хэт өндөр вакуум орчин, материалын өндөр цэвэршилтийн улмаас хяналттай n төрлийн допинг ашиглан өндөр чанартай, согоггүй β-Ga2O3 хальс ургуулснаараа алдартай. Үүний үр дүнд энэ нь β-Ga2O3 нимгэн хальс хуримтлуулах хамгийн өргөн судлагдсан, арилжааны боломжит технологийн нэг болсон. Үүнээс гадна MBE арга нь өндөр чанартай, бага хольцтой гетероструктурын β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 нимгэн хальсан давхаргыг амжилттай бэлтгэсэн. MBE нь цацрагийн өндөр энергийн электрон дифракц (RHEED) ашиглан гадаргуугийн бүтэц, морфологийг бодит цаг хугацаанд атомын давхаргын нарийвчлалтайгаар хянах боломжтой. Гэсэн хэдий ч MBE технологийг ашиглан ургуулсан β-Ga2O3 хальс нь өсөлтийн хурд бага, хальсны хэмжээ бага зэрэг олон бэрхшээлтэй тулгарсаар байна. Судалгаагаар өсөлтийн хурд нь (010)>(001)>(−201)>(100) гэсэн дарааллаар байгааг тогтоосон. 650-750°С-ийн Га-аар бага зэрэг баялаг нөхцөлд β-Ga2O3 (010) нь гөлгөр гадаргуутай, өсөлтийн хурд өндөртэй оновчтой өсөлтийг харуулдаг. Энэ аргыг хэрэглэснээр β-Ga2O3 эпитаксийг 0.1 нм-ийн RMS барзгаржилтаар амжилттай хийсэн. β-Ga2O3 Ga-аар баялаг орчинд янз бүрийн температурт ургасан MBE хальсыг зурагт үзүүлэв. Novel Crystal Technology Inc. нь 10 × 15 мм2 хэмжээтэй β-Ga2O3MBE хавтанцар хавтанг амжилттай үйлдвэрлэжээ. Эдгээр нь 500 μм зузаантай, 150 нуман секундээс доош XRD FWHM бүхий өндөр чанарын (010) чиглэсэн β-Ga2O3 нэг талст субстратаар хангадаг. Субстрат нь Sn эсвэл Fe нэмэлттэй. Sn хольцтой дамжуулагч субстрат нь 1E18-аас 9E18см−3 хүртэл допингийн агууламжтай байдаг бол төмрийн нэмэлттэй хагас тусгаарлагчийн эсэргүүцэл нь 10E10 Ом см-ээс их байна.
2.2 MOCVD арга
MOCVD нь нимгэн хальс ургуулахын тулд металлын органик нэгдлүүдийг урьдал материал болгон ашигладаг бөгөөд ингэснээр томоохон хэмжээний арилжааны үйлдвэрлэлд хүрдэг. MOCVD аргыг ашиглан Ga2O3-ийг ургуулахдаа триметилгаллиум (TMGa), триэтилгаллиум (TEGa) болон Ga (дипентил гликол форматыг) ихэвчлэн Ga эх үүсвэр болгон ашигладаг бол H2O, O2 эсвэл N2O-г хүчилтөрөгчийн эх үүсвэр болгон ашигладаг. Энэ аргыг ашиглан өсөлт нь ерөнхийдөө өндөр температур (>800 ° C) шаарддаг. Энэхүү технологи нь зөөвөрлөгч бага концентрацитай, өндөр ба бага температурт электрон хөдөлгөөнийг бий болгох чадвартай тул өндөр хүчин чадалтай β-Ga2O3 цахилгаан төхөөрөмжүүдийг хэрэгжүүлэхэд ихээхэн ач холбогдолтой юм. MBE өсөлтийн аргатай харьцуулахад MOCVD нь өндөр температурт өсөлт, химийн урвалын шинж чанараас шалтгаалан β-Ga2O3 хальсны өсөлтийн хурдыг маш өндөр түвшинд хүргэх давуу талтай юм.
Зураг 7 β-Ga2O3 (010) AFM дүрс
Зураг 8 β-Ga2O3 Холл ба температураар хэмжсэн μ болон хуудасны эсэргүүцлийн хоорондын хамаарал
2.3 HVPE арга
HVPE нь гүйцсэн эпитаксийн технологи бөгөөд III-V нийлмэл хагас дамжуулагчийн эпитаксиаль өсөлтөд өргөн хэрэглэгддэг. HVPE нь үйлдвэрлэлийн өртөг багатай, өсөлтийн хурдацтай, хальсны зузаан өндөр гэдгээрээ алдартай. HVPEβ-Ga2O3 нь ихэвчлэн барзгар гадаргуугийн морфологи, гадаргуугийн согог, нүхний өндөр нягтралтай байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тиймээс төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхээс өмнө химийн болон механик өнгөлгөөний процесс шаардлагатай. β-Ga2O3 эпитаксид зориулсан HVPE технологи нь ихэвчлэн (001) β-Ga2O3 матрицын өндөр температурын урвалыг дэмжихийн тулд хийн GaCl ба O2-ийг урьдал бодис болгон ашигладаг. Температураас хамаарч эпитаксиаль хальсны гадаргуугийн байдал, өсөлтийн хурдыг 9-р зурагт үзүүлэв. Сүүлийн жилүүдэд Японы "Новел Кристал Технологи" компани HVPE гомоэпитаксиаль β-Ga2O3, эпитаксиаль давхаргын зузаан нь 5-аас 10 мкм, хавтанцарын хэмжээ 2 ба 4 инчээр арилжааны томоохон амжилтанд хүрсэн. Түүнчлэн China Electronics Technology Group корпорацийн үйлдвэрлэсэн 20 мкм зузаантай HVPE β-Ga2O3 гомоэпитаксиаль вафель нь мөн арилжааны шатандаа оржээ.
Зураг 9 HVPE арга β-Ga2O3
2.4 PLD арга
PLD технологийг голчлон нийлмэл исэлдлийн хальс болон гетерострукцийг хуримтлуулахад ашигладаг. PLD өсөлтийн явцад фотоны энерги нь электрон ялгаруулах процессоор зорилтот материалтай холбогддог. MBE-ээс ялгаатай нь PLD эх үүсвэрийн тоосонцор нь маш өндөр энергитэй (>100 эВ) лазерын цацрагаар үүсгэгдэж, дараа нь халсан субстрат дээр хуримтлагддаг. Гэсэн хэдий ч, арилгах явцад зарим өндөр энергитэй хэсгүүд нь материалын гадаргууд шууд нөлөөлж, цэгийн согог үүсгэж, улмаар хальсны чанарыг бууруулдаг. MBE аргын нэгэн адил RHEED нь PLD β-Ga2O3 хуримтлуулах процессын явцад материалын гадаргуугийн бүтэц, морфологийг бодит цаг хугацаанд хянах боломжтой бөгөөд судлаачдад өсөлтийн мэдээллийг үнэн зөв авах боломжийг олгодог. PLD арга нь өндөр дамжуулалттай β-Ga2O3 хальс үүсгэх бөгөөд энэ нь Ga2O3 цахилгаан төхөөрөмжүүдийн оновчтой омик контакт шийдэл болно.
Зураг 10 Si-ийн нэмэлт Ga2O3-ийн AFM дүрс
2.5 МАНАН-CVD арга
MIST-CVD нь харьцангуй энгийн бөгөөд зардал багатай нимгэн хальс ургуулах технологи юм. Энэхүү ЗСӨ-ийн арга нь нимгэн хальсан давхаргад хүрэхийн тулд атомжуулсан прекурсорыг субстрат дээр цацах урвалыг агуулдаг. Гэсэн хэдий ч өнөөг хүртэл CVD мананцар ашиглан ургуулсан Ga2O3 нь сайн цахилгаан шинж чанаргүй хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь ирээдүйд сайжруулах, оновчтой болгоход маш их зай үлдээж байна.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 5-р сарын 30-ны хооронд