3. Creșterea epitaxială a filmului subțire
Substratul oferă un strat suport fizic sau un strat conductiv pentru dispozitivele de putere Ga2O3. Următorul strat important este stratul canal sau stratul epitaxial utilizat pentru rezistența la tensiune și transportul purtătorului. Pentru a crește tensiunea de avarie și a minimiza rezistența conducției, grosimea controlabilă și concentrația de dopaj, precum și calitatea optimă a materialului, sunt câteva condiții prealabile. Straturile epitaxiale de Ga2O3 de înaltă calitate sunt de obicei depuse folosind epitaxie cu fascicule moleculare (MBE), depunere în vapori chimici organici metalici (MOCVD), depunere de vapori de halogenuri (HVPE), depunere cu laser pulsat (PLD) și tehnici de depunere bazate pe ceață CVD.
Tabelul 2 Câteva tehnologii epitaxiale reprezentative
Metoda 3.1 MBE
Tehnologia MBE este renumită pentru capacitatea sa de a crește filme β-Ga2O3 de înaltă calitate, fără defecte, cu dopaj de tip n controlabil, datorită mediului său ultra-înalt de vid și purității materialelor ridicate. Ca rezultat, a devenit una dintre cele mai studiate și potențial comercializate tehnologii de depunere a filmului subțire β-Ga2O3. În plus, metoda MBE a pregătit cu succes, de asemenea, un strat de film subțire β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 cu heterostructură de înaltă calitate, cu dopă scăzută. MBE poate monitoriza structura și morfologia suprafeței în timp real, cu precizie stratului atomic, folosind difracția electronilor de înaltă energie de reflexie (RHEED). Cu toate acestea, filmele β-Ga2O3 crescute folosind tehnologia MBE încă se confruntă cu multe provocări, cum ar fi rata scăzută de creștere și dimensiunea mică a filmului. Studiul a constatat că rata de creștere a fost de ordinul (010)>(001)>(−201)>(100). În condiții ușor bogate în Ga de la 650 la 750°C, β-Ga2O3 (010) prezintă o creștere optimă cu o suprafață netedă și o rată de creștere ridicată. Folosind această metodă, epitaxia β-Ga2O3 a fost realizată cu succes cu o rugozitate RMS de 0,1 nm. β-Ga2O3 Într-un mediu bogat în Ga, filmele MBE crescute la temperaturi diferite sunt prezentate în figură. Novel Crystal Technology Inc. a produs cu succes epitaxial napolitane β-Ga2O3MBE de 10 × 15 mm2. Ele furnizează substraturi monocristaline orientate β-Ga2O3 de înaltă calitate (010), cu o grosime de 500 μm și XRD FWHM sub 150 de secunde de arc. Substratul este dopat cu Sn sau cu Fe. Substratul conductiv dopat cu Sn are o concentrație de dopaj de la 1E18 la 9E18cm−3, în timp ce substratul semiizolant dopat cu fier are o rezistivitate mai mare de 10E10 Ω cm.
3.2 Metoda MOCVD
MOCVD folosește compuși organici metalici ca materiale precursoare pentru a crește peliculele subțiri, realizând astfel o producție comercială la scară largă. Când se cultivă Ga2O3 folosind metoda MOCVD, trimetilgaliul (TMGa), trietilgaliul (TEGa) și Ga (formiat de dipentil glicol) sunt de obicei utilizate ca sursă de Ga, în timp ce H2O, O2 sau N2O sunt folosite ca sursă de oxigen. Creșterea folosind această metodă necesită în general temperaturi ridicate (>800°C). Această tehnologie are potențialul de a obține o concentrație scăzută a purtătorului și mobilitatea electronilor la temperatură înaltă și scăzută, deci este de mare importanță pentru realizarea dispozitivelor de putere β-Ga2O3 de înaltă performanță. În comparație cu metoda de creștere a MBE, MOCVD are avantajul de a obține viteze foarte mari de creștere a filmelor β-Ga2O3 datorită caracteristicilor creșterii la temperatură înaltă și reacțiilor chimice.
Figura 7 Imaginea AFM p-Ga2O3 (010).
Figura 8 β-Ga2O3 Relația dintre μ și rezistența foii măsurată prin Hall și temperatură
3.3 Metoda HVPE
HVPE este o tehnologie epitaxială matură și a fost utilizată pe scară largă în creșterea epitaxială a semiconductorilor compuși III-V. HVPE este cunoscut pentru costul său scăzut de producție, rata de creștere rapidă și grosimea mare a filmului. Trebuie remarcat faptul că HVPEβ-Ga2O3 prezintă de obicei morfologie de suprafață rugoasă și densitate mare a defecte de suprafață și gropi. Prin urmare, sunt necesare procese de lustruire chimică și mecanică înainte de fabricarea dispozitivului. Tehnologia HVPE pentru epitaxia β-Ga2O3 utilizează de obicei GaCl și O2 gazos ca precursori pentru a promova reacția la temperatură înaltă a matricei (001) β-Ga2O3. Figura 9 prezintă starea suprafeței și rata de creștere a filmului epitaxial în funcție de temperatură. În ultimii ani, Novel Crystal Technology Inc. din Japonia a obținut un succes comercial semnificativ în β-Ga2O3 homoepitaxial HVPE, cu grosimi ale stratului epitaxial de 5 până la 10 μm și dimensiuni ale plachetelor de 2 și 4 inci. În plus, napolitanele homoepitaxiale HVPE β-Ga2O3 cu grosimea de 20 μm produse de China Electronics Technology Group Corporation au intrat și ele în etapa de comercializare.
Figura 9 Metoda HVPE β-Ga2O3
3.4 Metoda PLD
Tehnologia PLD este utilizată în principal pentru a depune pelicule complexe de oxid și heterostructuri. În timpul procesului de creștere a PLD, energia fotonului este cuplată la materialul țintă prin procesul de emisie de electroni. Spre deosebire de MBE, particulele sursei PLD sunt formate prin radiație laser cu energie extrem de mare (>100 eV) și ulterior depuse pe un substrat încălzit. Cu toate acestea, în timpul procesului de ablație, unele particule de înaltă energie vor afecta direct suprafața materialului, creând defecte punctuale și reducând astfel calitatea filmului. Similar cu metoda MBE, RHEED poate fi utilizat pentru a monitoriza structura suprafeței și morfologia materialului în timp real în timpul procesului de depunere a PLD β-Ga2O3, permițând cercetătorilor să obțină cu precizie informații de creștere. Metoda PLD este de așteptat să crească filme β-Ga2O3 foarte conductive, ceea ce o face o soluție optimizată de contact ohmic în dispozitivele de putere Ga2O3.
Figura 10 Imaginea AFM a Ga2O3 dopat cu Si
3.5 Metoda MIST-CVD
MIST-CVD este o tehnologie de creștere a peliculei subțiri relativ simplă și rentabilă. Această metodă CVD implică reacția de pulverizare a unui precursor atomizat pe un substrat pentru a obține depunerea unui film subțire. Cu toate acestea, până în prezent, Ga2O3 crescut folosind ceață CVD încă nu are proprietăți electrice bune, ceea ce lasă mult loc de îmbunătățire și optimizare în viitor.
Ora postării: 30-mai-2024