2. Pertumbuhan filem nipis epitaxial
Substrat menyediakan lapisan sokongan fizikal atau lapisan konduktif untuk peranti kuasa Ga2O3. Lapisan penting seterusnya ialah lapisan saluran atau lapisan epitaxial yang digunakan untuk rintangan voltan dan pengangkutan pembawa. Untuk meningkatkan voltan kerosakan dan meminimumkan rintangan pengaliran, ketebalan yang boleh dikawal dan kepekatan doping, serta kualiti bahan yang optimum, adalah beberapa prasyarat. Lapisan epitaxial Ga2O3 berkualiti tinggi biasanya didepositkan menggunakan epitaksi rasuk molekul (MBE), pemendapan wap kimia organik logam (MOCVD), pemendapan wap halida (HVPE), pemendapan laser berdenyut (PLD) dan teknik pemendapan berasaskan CVD kabus.
Jadual 2 Beberapa teknologi epitaxial yang mewakili
2.1 Kaedah MBE
Teknologi MBE terkenal dengan keupayaannya untuk mengembangkan filem β-Ga2O3 berkualiti tinggi dan bebas kecacatan dengan doping jenis n yang boleh dikawal kerana persekitaran vakum ultra tinggi dan ketulenan bahan yang tinggi. Akibatnya, ia telah menjadi salah satu teknologi pemendapan filem nipis β-Ga2O3 yang paling banyak dikaji dan berpotensi dikomersialkan. Selain itu, kaedah MBE juga berjaya menyediakan lapisan filem nipis heterostruktur β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 yang berkualiti tinggi dan berdop rendah. MBE boleh memantau struktur permukaan dan morfologi dalam masa nyata dengan ketepatan lapisan atom dengan menggunakan difraksi elektron tenaga tinggi refleksi (RHEED). Walau bagaimanapun, filem β-Ga2O3 yang ditanam menggunakan teknologi MBE masih menghadapi banyak cabaran, seperti kadar pertumbuhan rendah dan saiz filem kecil. Kajian mendapati bahawa kadar pertumbuhan adalah dalam urutan (010)>(001)>(−201)>(100). Di bawah keadaan sedikit kaya Ga iaitu 650 hingga 750°C, β-Ga2O3 (010) mempamerkan pertumbuhan optimum dengan permukaan licin dan kadar pertumbuhan yang tinggi. Menggunakan kaedah ini, epitaksi β-Ga2O3 berjaya dicapai dengan kekasaran RMS 0.1 nm. β-Ga2O3 Dalam persekitaran yang kaya dengan Ga, filem MBE yang ditanam pada suhu berbeza ditunjukkan dalam rajah. Novel Crystal Technology Inc. telah berjaya menghasilkan wafer 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE secara epitaxial. Mereka menyediakan substrat kristal tunggal β-Ga2O3 berorientasikan (010) berkualiti tinggi dengan ketebalan 500 μm dan XRD FWHM di bawah 150 saat arka. Substrat adalah Sn doped atau Fe doped. Substrat pengalir terdop Sn mempunyai kepekatan doping 1E18 hingga 9E18cm−3, manakala substrat separa penebat dop besi mempunyai kerintangan lebih tinggi daripada 10E10 Ω cm.
2.2 Kaedah MOCVD
MOCVD menggunakan sebatian organik logam sebagai bahan prekursor untuk mengembangkan filem nipis, dengan itu mencapai pengeluaran komersial berskala besar. Apabila menanam Ga2O3 menggunakan kaedah MOCVD, trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) dan Ga (dipentyl glycol formate) biasanya digunakan sebagai sumber Ga, manakala H2O, O2 atau N2O digunakan sebagai sumber oksigen. Pertumbuhan menggunakan kaedah ini secara amnya memerlukan suhu tinggi (>800°C). Teknologi ini berpotensi untuk mencapai kepekatan pembawa rendah dan mobiliti elektron suhu tinggi dan rendah, jadi ia adalah sangat penting untuk merealisasikan peranti kuasa β-Ga2O3 berprestasi tinggi. Berbanding dengan kaedah pertumbuhan MBE, MOCVD mempunyai kelebihan untuk mencapai kadar pertumbuhan filem β-Ga2O3 yang sangat tinggi kerana ciri-ciri pertumbuhan suhu tinggi dan tindak balas kimia.
Rajah 7 β-Ga2O3 (010) imej AFM
Rajah 8 β-Ga2O3 Hubungan antaraμdan rintangan kepingan yang diukur oleh Hall dan suhu
2.3 Kaedah HVPE
HVPE ialah teknologi epitaxial matang dan telah digunakan secara meluas dalam pertumbuhan epitaxial semikonduktor kompaun III-V. HVPE terkenal dengan kos pengeluaran yang rendah, kadar pertumbuhan pantas dan ketebalan filem yang tinggi. Perlu diingat bahawa HVPEβ-Ga2O3 biasanya mempamerkan morfologi permukaan kasar dan ketumpatan tinggi kecacatan permukaan dan lubang. Oleh itu, proses penggilap kimia dan mekanikal diperlukan sebelum mengeluarkan peranti. Teknologi HVPE untuk epitaksi β-Ga2O3 biasanya menggunakan GaCl dan O2 gas sebagai prekursor untuk menggalakkan tindak balas suhu tinggi bagi matriks (001) β-Ga2O3. Rajah 9 menunjukkan keadaan permukaan dan kadar pertumbuhan filem epitaxial sebagai fungsi suhu. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, Novel Crystal Technology Inc. Jepun telah mencapai kejayaan komersial yang ketara dalam HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, dengan ketebalan lapisan epitaxial 5 hingga 10 μm dan saiz wafer 2 dan 4 inci. Selain itu, wafer homoepitaxial HVPE β-Ga2O3 setebal 20 μm yang dihasilkan oleh China Electronics Technology Group Corporation juga telah memasuki peringkat pengkomersialan.
Rajah 9 Kaedah HVPE β-Ga2O3
2.4 Kaedah PLD
Teknologi PLD digunakan terutamanya untuk mendepositkan filem oksida kompleks dan heterostruktur. Semasa proses pertumbuhan PLD, tenaga foton digandingkan dengan bahan sasaran melalui proses pelepasan elektron. Berbeza dengan MBE, zarah sumber PLD dibentuk oleh sinaran laser dengan tenaga yang sangat tinggi (>100 eV) dan seterusnya dimendapkan pada substrat yang dipanaskan. Walau bagaimanapun, semasa proses ablasi, beberapa zarah bertenaga tinggi akan memberi kesan secara langsung pada permukaan bahan, mewujudkan kecacatan titik dan dengan itu mengurangkan kualiti filem. Sama seperti kaedah MBE, RHEED boleh digunakan untuk memantau struktur permukaan dan morfologi bahan dalam masa nyata semasa proses pemendapan PLD β-Ga2O3, membolehkan penyelidik mendapatkan maklumat pertumbuhan dengan tepat. Kaedah PLD dijangka menghasilkan filem β-Ga2O3 konduktif tinggi, menjadikannya penyelesaian sentuhan ohmik yang dioptimumkan dalam peranti kuasa Ga2O3.
Rajah 10 imej AFM bagi Si doped Ga2O3
2.5 kaedah MIST-CVD
MIST-CVD ialah teknologi pertumbuhan filem nipis yang agak mudah dan kos efektif. Kaedah CVD ini melibatkan tindak balas penyemburan prekursor beratom ke substrat untuk mencapai pemendapan filem nipis. Walau bagaimanapun, setakat ini, Ga2O3 yang ditanam menggunakan CVD kabus masih kekurangan sifat elektrik yang baik, yang meninggalkan banyak ruang untuk penambahbaikan dan pengoptimuman pada masa hadapan.
Masa siaran: Mei-30-2024