3. Epitaksialna rast tankega filma
Substrat zagotavlja fizično podporno plast ali prevodno plast za napajalne naprave Ga2O3. Naslednja pomembna plast je kanalska plast ali epitaksialna plast, ki se uporablja za napetostni upor in transport nosilca. Da bi povečali prebojno napetost in zmanjšali prevodni upor, so nekateri predpogoji nadzorovana debelina in koncentracija dopinga ter optimalna kakovost materiala. Visokokakovostne epitaksialne plasti Ga2O3 se običajno nanesejo z uporabo epitaksije z molekularnim žarkom (MBE), kovinsko organskega kemičnega nanašanja s paro (MOCVD), nanašanja s halogenidno paro (HVPE), impulznega laserskega nanašanja (PLD) in tehnik nanašanja na osnovi CVD na osnovi megle.
Tabela 2 Nekatere reprezentativne epitaksialne tehnologije
3.1 Metoda MBE
Tehnologija MBE je znana po svoji zmožnosti gojenja visokokakovostnih filmov β-Ga2O3 brez napak z nadzorovanim dopiranjem n-tipa zaradi okolja ultra visokega vakuuma in visoke čistosti materiala. Posledično je postala ena najbolj raziskanih in potencialno komercializiranih tehnologij nanašanja tankega filma β-Ga2O3. Poleg tega je metoda MBE uspešno pripravila tudi visokokakovostno, nizko dopirano heterostrukturno tankoplastno plast β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3. MBE lahko spremlja površinsko strukturo in morfologijo v realnem času z natančnostjo atomske plasti z uporabo refleksijske visokoenergijske elektronske difrakcije (RHEED). Vendar se filmi β-Ga2O3, gojeni s tehnologijo MBE, še vedno soočajo s številnimi izzivi, kot sta nizka stopnja rasti in majhna velikost filma. Študija je pokazala, da je bila stopnja rasti v vrstnem redu (010)>(001)>(−201)>(100). V nekoliko z Ga bogatimi pogoji od 650 do 750 °C kaže β-Ga2O3 (010) optimalno rast z gladko površino in visoko hitrostjo rasti. S to metodo je bila uspešno dosežena epitaksija β-Ga2O3 z RMS hrapavostjo 0,1 nm. β-Ga2O3 V okolju, bogatem z Ga, so na sliki prikazani filmi MBE, gojeni pri različnih temperaturah. Novel Crystal Technology Inc. je uspešno epitaksialno proizvedla 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE rezin. Zagotavljajo visokokakovostne (010) usmerjene monokristalne substrate β-Ga2O3 z debelino 500 μm in XRD FWHM pod 150 ločnimi sekundami. Substrat je dopiran s Sn ali Fe. Prevodni substrat, dopiran s Sn, ima koncentracijo dopinga od 1E18 do 9E18cm−3, medtem ko ima polizolacijski substrat, dopiran z železom, upornost višjo od 10E10 Ω cm.
3.2 Metoda MOCVD
MOCVD uporablja kovinske organske spojine kot predhodne materiale za rast tankih filmov, s čimer doseže obsežno komercialno proizvodnjo. Pri gojenju Ga2O3 z metodo MOCVD se kot vir Ga običajno uporabljajo trimetilgalij (TMGa), trietilgalij (TEGa) in Ga (dipentil glikol format), kot vir kisika pa H2O, O2 ali N2O. Rast s to metodo na splošno zahteva visoke temperature (>800 °C). Ta tehnologija ima potencial za doseganje nizke koncentracije nosilcev ter mobilnosti elektronov pri visokih in nizkih temperaturah, zato je zelo pomembna za realizacijo visokozmogljivih naprav za napajanje β-Ga2O3. V primerjavi z metodo rasti MBE ima MOCVD prednost doseganja zelo visokih stopenj rasti filmov β-Ga2O3 zaradi značilnosti visokotemperaturne rasti in kemičnih reakcij.
Slika 7 Slika β-Ga2O3 (010) AFM
Slika 8 β-Ga2O3 Razmerje med μ in odpornostjo pločevine, merjeno s Hallom in temperaturo
3.3 Metoda HVPE
HVPE je zrela epitaksialna tehnologija in se pogosto uporablja pri epitaksialni rasti sestavljenih polprevodnikov III-V. HVPE je znan po nizkih proizvodnih stroških, hitri stopnji rasti in visoki debelini filma. Opozoriti je treba, da HVPEβ-Ga2O3 običajno kaže grobo površinsko morfologijo in visoko gostoto površinskih napak in jam. Zato so pred izdelavo naprave potrebni postopki kemičnega in mehanskega poliranja. Tehnologija HVPE za epitaksijo β-Ga2O3 običajno uporablja plinasta GaCl in O2 kot prekurzorja za spodbujanje visokotemperaturne reakcije matrice (001) β-Ga2O3. Slika 9 prikazuje stanje površine in hitrost rasti epitaksialne folije kot funkcijo temperature. V zadnjih letih je japonska družba Novel Crystal Technology Inc. dosegla pomemben komercialni uspeh pri HVPE homoepitaksialnem β-Ga2O3 z debelino epitaksialne plasti od 5 do 10 μm in velikostjo rezin 2 in 4 palca. Poleg tega so 20 μm debele HVPE β-Ga2O3 homoepitaksialne rezine, ki jih proizvaja China Electronics Technology Group Corporation, prav tako vstopile v fazo komercializacije.
Slika 9 Metoda HVPE β-Ga2O3
3.4 Metoda PLD
Tehnologija PLD se uporablja predvsem za nanašanje kompleksnih oksidnih filmov in heterostruktur. Med postopkom rasti PLD se fotonska energija prek procesa oddajanja elektronov poveže s ciljnim materialom. V nasprotju z MBE se izvorni delci PLD tvorijo z laserskim sevanjem z izjemno visoko energijo (>100 eV) in se nato nanesejo na segreto podlago. Vendar pa bodo med postopkom ablacije nekateri visokoenergijski delci neposredno vplivali na površino materiala, ustvarili točkaste napake in tako zmanjšali kakovost filma. Podobno kot pri metodi MBE se lahko RHEED uporablja za spremljanje površinske strukture in morfologije materiala v realnem času med postopkom nanašanja PLD β-Ga2O3, kar raziskovalcem omogoča natančno pridobivanje informacij o rasti. Pričakuje se, da bo metoda PLD ustvarila visoko prevodne filme β-Ga2O3, zaradi česar bo optimizirana ohmska kontaktna rešitev v močnostnih napravah Ga2O3.
Slika 10 AFM slika Ga2O3, dopiranega s Si
3.5 Metoda MIST-CVD
MIST-CVD je sorazmerno preprosta in stroškovno učinkovita tehnologija rasti tankega filma. Ta metoda CVD vključuje reakcijo razprševanja atomiziranega prekurzorja na substrat, da se doseže nanašanje tankega filma. Vendar zaenkrat Ga2O3, pridelan s pomočjo CVD v meglici, še vedno nima dobrih električnih lastnosti, kar pušča veliko prostora za izboljšave in optimizacijo v prihodnosti.
Čas objave: 30. maj 2024