3. Epitaxial thin film growth
Nagbibigay ang substrate ng physical support layer o conductive layer para sa Ga2O3 power device. Ang susunod na mahalagang layer ay ang channel layer o epitaxial layer na ginagamit para sa boltahe resistance at carrier transport. Upang mapataas ang breakdown na boltahe at mabawasan ang conduction resistance, ang nakokontrol na kapal at konsentrasyon ng doping, pati na rin ang pinakamainam na kalidad ng materyal, ay ilang mga kinakailangan. Ang mataas na kalidad na mga layer ng epitaxial ng Ga2O3 ay karaniwang idinedeposito gamit ang molecular beam epitaxy (MBE), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), halide vapor deposition (HVPE), pulsed laser deposition (PLD), at fog CVD based deposition techniques.
Talahanayan 2 Ang ilang mga kinatawan ng epitaxial na teknolohiya
3.1 paraan ng MBE
Ang teknolohiya ng MBE ay kilala sa kakayahang magpalaki ng mga de-kalidad, walang depektong β-Ga2O3 na pelikula na may nakokontrol na n-type na doping dahil sa napakataas na kapaligiran ng vacuum nito at mataas na kadalisayan ng materyal. Bilang resulta, ito ay naging isa sa pinakamalawak na pinag-aralan at potensyal na komersyalisadong β-Ga2O3 thin film deposition na teknolohiya. Bilang karagdagan, ang pamamaraan ng MBE ay matagumpay ding naghanda ng isang mataas na kalidad, mababang-doped heterostructure β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 thin film layer. Maaaring subaybayan ng MBE ang istraktura at morphology sa ibabaw sa real time na may katumpakan ng atomic layer sa pamamagitan ng paggamit ng reflection high energy electron diffraction (RHEED). Gayunpaman, ang mga pelikulang β-Ga2O3 na lumago gamit ang teknolohiya ng MBE ay nahaharap pa rin sa maraming hamon, tulad ng mababang rate ng paglago at maliit na laki ng pelikula. Nalaman ng pag-aaral na ang rate ng paglago ay nasa ayos ng (010)>(001)>(−201)>(100). Sa ilalim ng bahagyang mayaman sa Ga na mga kondisyon na 650 hanggang 750°C, ang β-Ga2O3 (010) ay nagpapakita ng pinakamainam na paglaki na may makinis na ibabaw at mataas na rate ng paglago. Gamit ang pamamaraang ito, matagumpay na nakamit ang β-Ga2O3 epitaxy na may RMS na pagkamagaspang na 0.1 nm. β-Ga2O3 Sa isang kapaligirang mayaman sa Ga, ang mga pelikulang MBE na lumago sa iba't ibang temperatura ay ipinapakita sa figure. Ang Novel Crystal Technology Inc. ay matagumpay na nakagawa ng 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE na mga wafer. Nagbibigay ang mga ito ng mataas na kalidad (010) na β-Ga2O3 na solong kristal na substrate na may kapal na 500 μm at XRD FWHM sa ibaba ng 150 arc segundo. Ang substrate ay Sn doped o Fe doped. Ang Sn-doped conductive substrate ay may doping concentration na 1E18 hanggang 9E18cm−3, habang ang iron-doped semi-insulating substrate ay may resistivity na mas mataas sa 10E10 Ω cm.
3.2 Paraan ng MOCVD
Gumagamit ang MOCVD ng mga metal na organikong compound bilang mga precursor na materyales upang mapalago ang mga manipis na pelikula, sa gayon ay nakakamit ang malakihang komersyal na produksyon. Kapag lumalaki ang Ga2O3 gamit ang MOCVD method, trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) at Ga (dipentyl glycol formate) ang karaniwang ginagamit bilang Ga source, habang ang H2O, O2 o N2O ay ginagamit bilang oxygen source. Ang paglago gamit ang paraang ito ay karaniwang nangangailangan ng mataas na temperatura (>800°C). Ang teknolohiyang ito ay may potensyal na makamit ang mababang konsentrasyon ng carrier at mataas at mababang temperatura ng electron mobility, kaya malaki ang kahalagahan nito sa pagsasakatuparan ng mga high-performance na β-Ga2O3 na power device. Kung ikukumpara sa paraan ng paglago ng MBE, ang MOCVD ay may kalamangan sa pagkamit ng napakataas na rate ng paglago ng mga pelikulang β-Ga2O3 dahil sa mga katangian ng paglago ng mataas na temperatura at mga reaksiyong kemikal.
Larawan 7 β-Ga2O3 (010) AFM na imahe
Figure 8 β-Ga2O3 Ang relasyon sa pagitan ngμat sheet resistance na sinusukat ng Hall at temperatura
3.3 Paraan ng HVPE
Ang HVPE ay isang mature na epitaxial na teknolohiya at malawakang ginagamit sa epitaxial growth ng III-V compound semiconductors. Ang HVPE ay kilala sa mababang gastos sa produksyon, mabilis na rate ng paglago, at mataas na kapal ng pelikula. Dapat pansinin na ang HVPEβ-Ga2O3 ay karaniwang nagpapakita ng magaspang na morpolohiya sa ibabaw at mataas na density ng mga depekto sa ibabaw at mga hukay. Samakatuwid, ang mga kemikal at mekanikal na proseso ng buli ay kinakailangan bago ang paggawa ng aparato. Ang teknolohiya ng HVPE para sa β-Ga2O3 epitaxy ay karaniwang gumagamit ng gaseous na GaCl at O2 bilang mga precursor upang isulong ang mataas na temperatura na reaksyon ng (001) β-Ga2O3 matrix. Ipinapakita ng Figure 9 ang kondisyon sa ibabaw at rate ng paglago ng epitaxial film bilang isang function ng temperatura. Sa mga nakalipas na taon, nakamit ng Novel Crystal Technology Inc. ng Japan ang makabuluhang komersyal na tagumpay sa HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, na may kapal ng epitaxial layer na 5 hanggang 10 μm at mga laki ng wafer na 2 at 4 na pulgada. Bilang karagdagan, ang 20 μm na kapal na HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial wafer na ginawa ng China Electronics Technology Group Corporation ay pumasok na rin sa yugto ng komersyalisasyon.
Figure 9 HVPE method β-Ga2O3
3.4 Paraan ng PLD
Ang teknolohiyang PLD ay pangunahing ginagamit upang magdeposito ng mga kumplikadong pelikulang oksido at heterostructure. Sa panahon ng proseso ng paglago ng PLD, ang enerhiya ng photon ay isinasama sa target na materyal sa pamamagitan ng proseso ng paglabas ng elektron. Sa kaibahan sa MBE, ang mga particle ng pinagmulan ng PLD ay nabuo sa pamamagitan ng laser radiation na may napakataas na enerhiya (>100 eV) at pagkatapos ay idineposito sa isang pinainit na substrate. Gayunpaman, sa panahon ng proseso ng ablation, ang ilang mga particle na may mataas na enerhiya ay direktang makakaapekto sa ibabaw ng materyal, na lumilikha ng mga depekto sa punto at sa gayon ay binabawasan ang kalidad ng pelikula. Katulad ng paraan ng MBE, maaaring gamitin ang RHEED upang subaybayan ang istraktura sa ibabaw at morpolohiya ng materyal sa real time sa panahon ng proseso ng pagdeposito ng PLD β-Ga2O3, na nagpapahintulot sa mga mananaliksik na tumpak na makakuha ng impormasyon sa paglago. Ang pamamaraan ng PLD ay inaasahang magpapalago ng mataas na konduktibong β-Ga2O3 na mga pelikula, na ginagawa itong isang na-optimize na solusyon sa pakikipag-ugnay sa ohmic sa Ga2O3 na mga power device.
Figure 10 AFM na imahe ng Si doped Ga2O3
3.5 paraan ng MIST-CVD
Ang MIST-CVD ay isang medyo simple at cost-effective na thin film growth na teknolohiya. Ang pamamaraang CVD na ito ay nagsasangkot ng reaksyon ng pag-spray ng atomized precursor sa isang substrate upang makamit ang manipis na film deposition. Gayunpaman, sa ngayon, ang Ga2O3 na lumaki gamit ang mist CVD ay kulang pa rin ng magandang electrical properties, na nag-iiwan ng maraming puwang para sa pagpapabuti at pag-optimize sa hinaharap.
Oras ng post: Mayo-30-2024