Teknolojia ya ukuaji wa epitaxial iliyooksidishwa-Ⅱ

2. Ukuaji wa filamu nyembamba ya Epitaxial

Substrate hutoa safu ya usaidizi wa kimwili au safu ya conductive kwa vifaa vya nguvu vya Ga2O3. Safu inayofuata muhimu ni safu ya kituo au safu ya epitaxial inayotumiwa kwa upinzani wa voltage na usafiri wa carrier. Ili kuongeza voltage ya kuvunjika na kupunguza upinzani wa upitishaji, unene unaoweza kudhibitiwa na mkusanyiko wa doping, pamoja na ubora bora wa nyenzo, ni sharti kadhaa. Tabaka za epitaksia za ubora wa juu za Ga2O3 kwa kawaida huwekwa kwa kutumia boriti ya molekuli epitaksi (MBE), uwekaji wa mvuke wa kemikali ya kikaboni ya metali (MOCVD), uwekaji wa mvuke wa halide (HVPE), uwekaji wa leza inayopigika (PLD), na mbinu za uwekaji za ukungu za CVD.

Jedwali 2 Baadhi ya teknolojia za epitaxial za mwakilishi

Mbinu ya 2.1 MBE

Teknolojia ya MBE inasifika kwa uwezo wake wa kukuza filamu za ubora wa juu, zisizo na kasoro za β-Ga2O3 na doping ya aina ya n inayoweza kudhibitiwa kutokana na mazingira yake ya utupu wa hali ya juu na usafi wa hali ya juu wa nyenzo. Kwa hivyo, imekuwa mojawapo ya teknolojia zilizosomwa zaidi na zinazoweza kuuzwa kibiashara za β-Ga2O3 za uwekaji filamu. Kwa kuongeza, njia ya MBE pia ilifanikiwa kuandaa safu ya filamu ya ubora wa juu, ya chini ya doped β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 nyembamba ya filamu. MBE inaweza kufuatilia muundo wa uso na mofolojia kwa wakati halisi kwa usahihi wa safu ya atomiki kwa kutumia utengano wa elektroni wa nishati ya juu (RHEED). Hata hivyo, filamu za β-Ga2O3 zinazokuzwa kwa kutumia teknolojia ya MBE bado zinakabiliwa na changamoto nyingi, kama vile kiwango cha chini cha ukuaji na saizi ndogo ya filamu. Utafiti huo uligundua kuwa kasi ya ukuaji ilikuwa katika mpangilio wa (010)>(001)>(−201)>(100). Chini ya hali ya G-tajiri kidogo ya 650 hadi 750 ° C, β-Ga2O3 (010) huonyesha ukuaji bora na uso laini na kasi ya ukuaji wa juu. Kwa kutumia njia hii, epitaksi ya β-Ga2O3 ilifikiwa kwa ufanisi na ukali wa RMS wa 0.1 nm. β-Ga2O3 Katika mazingira yenye utajiri wa Ga, filamu za MBE zinazokuzwa kwa viwango tofauti vya joto huonyeshwa kwenye takwimu. Riwaya ya Crystal Technology Inc. imezalisha kaki 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE kwa ufanisi epitaxially. Hutoa substrates za fuwele moja zenye ubora wa juu (010) zenye mwelekeo wa β-Ga2O3 zenye unene wa 500 μm na XRD FWHM chini ya sekunde 150 za arc. Sehemu ndogo ni Sn doped au Fe doped. Sehemu ndogo ya kuhami ya Sn-doped ina mkusanyiko wa doping wa 1E18 hadi 9E18cm−3, wakati substrate ya kuhami nusu ya chuma-doped ina upinzani wa juu kuliko 10E10 Ω cm.

2.2 Mbinu ya MOCVD

MOCVD hutumia misombo ya kikaboni ya chuma kama nyenzo za utangulizi kukuza filamu nyembamba, na hivyo kufikia uzalishaji mkubwa wa kibiashara. Wakati wa kukuza Ga2O3 kwa kutumia mbinu ya MOCVD, trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) na Ga (dipentyl glycol formate) kawaida hutumiwa kama chanzo cha Ga, wakati H2O, O2 au N2O hutumika kama chanzo cha oksijeni. Ukuaji kwa kutumia njia hii kwa ujumla huhitaji halijoto ya juu (>800°C). Teknolojia hii ina uwezo wa kufikia ukolezi mdogo wa carrier na uhamaji wa elektroni wa joto la juu na la chini, kwa hiyo ni muhimu sana kwa utambuzi wa vifaa vya juu vya utendaji vya β-Ga2O3 vya nguvu. Ikilinganishwa na njia ya ukuaji wa MBE, MOCVD ina faida ya kufikia viwango vya juu sana vya ukuaji wa filamu za β-Ga2O3 kutokana na sifa za ukuaji wa juu wa joto na athari za kemikali.

Kielelezo 7 β-Ga2O3 (010) picha ya AFM

Mchoro 8 β-Ga2O3 Uhusiano kati yaμna upinzani wa karatasi unaopimwa kwa Ukumbi na halijoto

2.3 Mbinu ya HVPE

HVPE ni teknolojia iliyokomaa ya epitaxial na imetumiwa sana katika ukuaji wa epitaxial wa semiconductors kiwanja cha III-V. HVPE inajulikana kwa gharama yake ya chini ya uzalishaji, kasi ya ukuaji na unene wa juu wa filamu. Ikumbukwe kwamba HVPEβ-Ga2O3 kawaida huonyesha mofolojia mbaya ya uso na msongamano mkubwa wa kasoro za uso na mashimo. Kwa hiyo, michakato ya polishing ya kemikali na mitambo inahitajika kabla ya kutengeneza kifaa. Teknolojia ya HVPE ya epitaksi ya β-Ga2O3 kwa kawaida hutumia GaCl yenye gesi na O2 kama vitangulizi ili kukuza athari ya halijoto ya juu ya tumbo la (001) β-Ga2O3. Mchoro wa 9 unaonyesha hali ya uso na kasi ya ukuaji wa filamu ya epitaxial kama utendaji wa halijoto. Katika miaka ya hivi karibuni, Novel Crystal Technology Inc. ya Japani imepata mafanikio makubwa ya kibiashara katika HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, ikiwa na unene wa safu ya epitaxial ya 5 hadi 10 μm na saizi ya kaki ya inchi 2 na 4. Kwa kuongezea, kaki zenye unene wa 20 μm HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial zinazozalishwa na China Electronics Technology Group Corporation pia zimeingia katika hatua ya kibiashara.

Kielelezo 9 njia ya HVPE β-Ga2O3

2.4 Mbinu ya PLD

Teknolojia ya PLD hutumiwa zaidi kuweka filamu na miundo ya oksidi tata. Wakati wa mchakato wa ukuaji wa PLD, nishati ya fotoni huunganishwa na nyenzo inayolengwa kupitia mchakato wa utoaji wa elektroni. Tofauti na MBE, chembe chembe za chanzo cha PLD huundwa na mionzi ya leza yenye nishati ya juu sana (> 100 eV) na hatimaye kuwekwa kwenye substrate yenye joto. Hata hivyo, wakati wa mchakato wa uondoaji, baadhi ya chembe za nishati ya juu zitaathiri moja kwa moja uso wa nyenzo, na kuunda kasoro za uhakika na hivyo kupunguza ubora wa filamu. Sawa na mbinu ya MBE, RHEED inaweza kutumika kufuatilia muundo wa uso na mofolojia ya nyenzo kwa wakati halisi wakati wa mchakato wa uwekaji wa PLD β-Ga2O3, kuruhusu watafiti kupata taarifa za ukuaji kwa usahihi. Mbinu ya PLD inatarajiwa kukuza filamu bora zaidi za β-Ga2O3, na kuifanya kuwa suluhisho bora la mawasiliano ya ohmic katika vifaa vya nguvu vya Ga2O3.

Kielelezo 10 AFM picha ya Si doped Ga2O3

2.5 Mbinu ya MIST-CVD

MIST-CVD ni teknolojia rahisi na ya gharama nafuu ya ukuaji wa filamu. Njia hii ya CVD inahusisha athari ya kunyunyizia kitangulizi cha atomi kwenye substrate ili kufikia utuaji wa filamu nyembamba. Walakini, hadi sasa, Ga2O3 iliyokua kwa kutumia CVD ya ukungu bado haina sifa nzuri za umeme, ambayo huacha nafasi nyingi za uboreshaji na uboreshaji katika siku zijazo.