2. Епитаксијални раст танког филма
Подлога обезбеђује физички слој подршке или проводни слој за Га2О3 енергетске уређаје. Следећи важан слој је слој канала или епитаксијални слој који се користи за отпор напона и транспорт носиоца. Да би се повећао напон пробоја и минимизирао отпор проводљивости, контролисана дебљина и концентрација допинга, као и оптималан квалитет материјала, су неки предуслови. Висококвалитетни Га2О3 епитаксијални слојеви се обично наносе коришћењем епитаксије молекуларним снопом (МБЕ), металних органских хемијских таложења паром (МОЦВД), таложења халогеним паром (ХВПЕ), пулсног ласерског таложења (ПЛД) и техника таложења на бази ЦВД магле.
Табела 2 Неке репрезентативне епитаксијалне технологије
2.1 МБЕ метода
МБЕ технологија је позната по својој способности да узгаја висококвалитетне β-Га2О3 филмове без дефеката са контролисаним допингом н-типа због свог ултра-високог вакуумског окружења и високе чистоће материјала. Као резултат тога, постао је једна од најчешће проучаваних и потенцијално комерцијализованих технологија таложења танког филма β-Га2О3. Поред тога, МБЕ метода је такође успешно припремила висококвалитетни, ниско-допирани хетероструктурни β-(АлКСГа1-Кс)2О3/Га2О3 слој танког филма. МБЕ може да прати површинску структуру и морфологију у реалном времену са прецизношћу атомског слоја коришћењем рефлексијске дифракције електрона високе енергије (РХЕЕД). Међутим, β-Га2О3 филмови узгајани коришћењем МБЕ технологије и даље се суочавају са многим изазовима, као што су ниска стопа раста и мала величина филма. Студија је открила да је стопа раста била реда (010)>(001)>(−201)>(100). У условима благо богатим Га од 650 до 750°Ц, β-Га2О3 (010) показује оптималан раст са глатком површином и великом брзином раста. Коришћењем ове методе, β-Га2О3 епитаксија је успешно постигнута са РМС храпавошћу од 0,1 нм. β-Га2О3 У окружењу богатом Га, МБЕ филмови узгајани на различитим температурама приказани су на слици. Новел Цристал Тецхнологи Инц. је успешно произвела епитаксијално 10 × 15 мм2 β-Га2О3МБЕ плочице. Они обезбеђују висококвалитетне (010) оријентисане монокристалне супстрате β-Га2О3 са дебљином од 500 μм и КСРД ФВХМ испод 150 лучних секунди. Подлога је допирана Сн или Фе. Проводљива подлога допирана Сн има концентрацију допинга од 1Е18 до 9Е18цм−3, док полуизолациона подлога допирана гвожђем има отпорност већу од 10Е10 Ω цм.
2.2 МОЦВД метода
МОЦВД користи метална органска једињења као прекурсорске материјале за производњу танких филмова, чиме се постиже комерцијална производња великих размера. Приликом узгоја Га2О3 методом МОЦВД, као извор Га обично се користе триметилгалијум (ТМГа), триетилгалијум (ТЕГа) и Га (дипентил гликол формат), док се као извор кисеоника користе Х2О, О2 или Н2О. Раст коришћењем ове методе генерално захтева високе температуре (>800°Ц). Ова технологија има потенцијал да постигне ниску концентрацију носиоца и мобилност електрона на високим и ниским температурама, па је од великог значаја за реализацију β-Га2О3 енергетских уређаја високих перформанси. У поређењу са методом раста МБЕ, МОЦВД има предност у постизању веома високих стопа раста β-Га2О3 филмова због карактеристика раста при високим температурама и хемијских реакција.
Слика 7 β-Га2О3 (010) АФМ слика
Слика 8 β-Га2О3 Однос између μ и отпора лима мереног Холом и температуре
2.3 ХВПЕ метода
ХВПЕ је зрела епитаксијална технологија и нашироко се користи у епитаксијалном расту полупроводника споја ИИИ-В. ХВПЕ је познат по ниској цени производње, брзој стопи раста и великој дебљини филма. Треба напоменути да ХВПЕβ-Га2О3 обично показује грубу морфологију површине и високу густину површинских дефеката и јама. Због тога су пре производње уређаја потребни процеси хемијског и механичког полирања. ХВПЕ технологија за епитаксију β-Га2О3 обично користи гасовити ГаЦл и О2 као прекурсоре за промовисање реакције на високој температури матрице (001) β-Га2О3. Слика 9 приказује стање површине и брзину раста епитаксијалног филма у функцији температуре. Последњих година, јапанска компанија Новел Цристал Тецхнологи Инц. постигла је значајан комерцијални успех у ХВПЕ хомоепитаксијалном β-Га2О3, са дебљином епитаксијалног слоја од 5 до 10 μм и величинама плочице од 2 и 4 инча. Поред тога, 20 μм дебљине ХВПЕ β-Га2О3 хомоепитаксијалних плочица које производи Цхина Елецтроницс Тецхнологи Гроуп Цорпоратион такође су ушле у фазу комерцијализације.
Слика 9 ХВПЕ метода β-Га2О3
2.4 ПЛД метода
ПЛД технологија се углавном користи за депоновање комплексних оксидних филмова и хетероструктура. Током процеса раста ПЛД, енергија фотона је повезана са циљним материјалом кроз процес електронске емисије. За разлику од МБЕ, честице извора ПЛД се формирају ласерским зрачењем са изузетно високом енергијом (>100 еВ) и затим се таложе на загрејану подлогу. Међутим, током процеса аблације, неке честице високе енергије ће директно утицати на површину материјала, стварајући тачкасте дефекте и на тај начин смањујући квалитет филма. Слично МБЕ методи, РХЕЕД се може користити за праћење површинске структуре и морфологије материјала у реалном времену током процеса таложења ПЛД β-Га2О3, омогућавајући истраживачима да прецизно добију информације о расту. Очекује се да ће ПЛД метода узгајати високо проводљиве β-Га2О3 филмове, што га чини оптимизованим омским контактним решењем у Га2О3 енергетским уређајима.
Слика 10 АФМ слика Га2О3 допираног Си
2.5 МИСТ-ЦВД метода
МИСТ-ЦВД је релативно једноставна и исплатива технологија раста танког филма. Ова ЦВД метода укључује реакцију прскања атомизованог прекурсора на супстрат да би се постигло таложење танког филма. Међутим, до сада, Га2О3 узгајан коришћењем магле ЦВД још увек нема добра електрична својства, што оставља много простора за побољшање и оптимизацију у будућности.
Време поста: 30.05.2024