3. Epitaksiyel ince film büyümesi
Substrat, Ga2O3 güç cihazları için fiziksel bir destek katmanı veya iletken katman sağlar. Bir sonraki önemli katman, voltaj direnci ve taşıyıcı taşınması için kullanılan kanal katmanı veya epitaksiyel katmandır. Arıza voltajını arttırmak ve iletim direncini en aza indirmek için, kontrol edilebilir kalınlık ve doping konsantrasyonunun yanı sıra optimum malzeme kalitesi bazı ön koşullardır. Yüksek kaliteli Ga2O3 epitaksiyel katmanları tipik olarak moleküler ışın epitaksi (MBE), metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD), halojenür buhar biriktirme (HVPE), darbeli lazer biriktirme (PLD) ve sis CVD bazlı biriktirme teknikleri kullanılarak biriktirilir.
Tablo 2 Bazı temsili epitaksiyel teknolojiler
3.1 MBE yöntemi
MBE teknolojisi, ultra yüksek vakum ortamı ve yüksek malzeme saflığı nedeniyle kontrol edilebilir n-tipi katkılamayla yüksek kaliteli, hatasız β-Ga2O3 filmleri büyütme yeteneğiyle ünlüdür. Sonuç olarak, en çok çalışılan ve potansiyel olarak ticarileştirilen β-Ga2O3 ince film biriktirme teknolojilerinden biri haline geldi. Ayrıca MBE yöntemi aynı zamanda yüksek kaliteli, düşük katkılı heteroyapılı β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 ince film tabakasını da başarıyla hazırladı. MBE, yansıma yüksek enerjili elektron kırınımı (RHEED) kullanarak yüzey yapısını ve morfolojisini atomik katman hassasiyetiyle gerçek zamanlı olarak izleyebilir. Ancak MBE teknolojisi kullanılarak büyütülen β-Ga2O3 filmleri hala düşük büyüme oranı ve küçük film boyutu gibi birçok zorlukla karşı karşıyadır. Çalışmada büyüme oranının (010)>(001)>(−201)>(100) düzeyinde olduğu görüldü. 650 ila 750°C arasındaki hafif Ga bakımından zengin koşullar altında, β-Ga2O3 (010), pürüzsüz bir yüzey ve yüksek büyüme oranıyla optimum büyüme sergiler. Bu yöntemi kullanarak, 0,1 nm RMS pürüzlülüğü ile β-Ga2O3 epitaksisi başarıyla elde edildi. β-Ga2O3 Ga açısından zengin bir ortamda, farklı sıcaklıklarda büyütülen MBE filmleri şekilde gösterilmiştir. Novel Crystal Technology Inc., 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE levhaları epitaksiyel olarak başarıyla üretti. 500 μm kalınlığa ve 150 ark saniyenin altında XRD FWHM'ye sahip yüksek kaliteli (010) yönlendirilmiş β-Ga2O3 tek kristal substratlar sağlarlar. Substrat Sn katkılı veya Fe katkılıdır. Sn katkılı iletken substratın doping konsantrasyonu 1E18 ila 9E18cm−3'tür, demir katkılı yarı yalıtımlı substrat ise 10E10 Ω cm'den daha yüksek bir dirence sahiptir.
3.2 MOCVD yöntemi
MOCVD, ince filmleri büyütmek için öncü malzemeler olarak metal organik bileşikleri kullanır, böylece büyük ölçekli ticari üretim elde edilir. MOCVD yöntemi kullanılarak Ga2O3 büyütülürken, Ga kaynağı olarak genellikle trimetilgalyum (TMGa), trietilgalyum (TEGa) ve Ga (dipentil glikol format) kullanılırken, oksijen kaynağı olarak H2O, O2 veya N2O kullanılır. Bu yöntemi kullanarak büyüme genellikle yüksek sıcaklıklar (>800°C) gerektirir. Bu teknoloji, düşük taşıyıcı konsantrasyonu ve yüksek ve düşük sıcaklıktaki elektron hareketliliğini sağlama potansiyeline sahiptir, dolayısıyla yüksek performanslı β-Ga2O3 güç cihazlarının gerçekleştirilmesinde büyük önem taşımaktadır. MBE büyütme yöntemiyle karşılaştırıldığında MOCVD, yüksek sıcaklıkta büyüme ve kimyasal reaksiyonların özellikleri nedeniyle β-Ga2O3 filmlerinde çok yüksek büyüme oranları elde etme avantajına sahiptir.
Şekil 7 β-Ga2O3 (010) AFM görüntüsü
Şekil 8 β-Ga2O3 Hall ve sıcaklık ile ölçülen μ ve tabaka direnci arasındaki ilişki
3.3 HVPE yöntemi
HVPE olgun bir epitaksiyel teknolojidir ve III-V bileşik yarı iletkenlerin epitaksiyel büyümesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. HVPE, düşük üretim maliyeti, hızlı büyüme oranı ve yüksek film kalınlığıyla bilinir. HVPEβ-Ga2O3'ün genellikle pürüzlü yüzey morfolojisi ve yüksek yoğunlukta yüzey kusurları ve çukurlar sergilediğini belirtmek gerekir. Bu nedenle cihazın imalatından önce kimyasal ve mekanik cilalama işlemleri yapılması gerekmektedir. β-Ga2O3 epitaksisine yönelik HVPE teknolojisi, (001) β-Ga2O3 matrisinin yüksek sıcaklık reaksiyonunu desteklemek için genellikle gaz halindeki GaCl ve O2'yi öncül olarak kullanır. Şekil 9, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak epitaksiyel filmin yüzey durumunu ve büyüme hızını göstermektedir. Son yıllarda, Japonya'nın Novel Crystal Technology Inc. şirketi, 5 ila 10 μm epitaksiyel katman kalınlıkları ve 2 ila 4 inç levha boyutlarıyla HVPE homoepitaksiyel β-Ga2O3'te önemli bir ticari başarı elde etti. Ayrıca China Electronics Technology Group Corporation tarafından üretilen 20 μm kalınlığında HVPE β-Ga2O3 homoepitaksiyel levhalar da ticarileştirme aşamasına girdi.
Şekil 9 HVPE yöntemi β-Ga2O3
3.4 PLD yöntemi
PLD teknolojisi esas olarak karmaşık oksit filmleri ve heteroyapıları biriktirmek için kullanılır. PLD büyüme süreci sırasında foton enerjisi, elektron emisyon süreci yoluyla hedef malzemeye bağlanır. MBE'nin aksine, PLD kaynak parçacıkları son derece yüksek enerjiye (>100 eV) sahip lazer radyasyonu ile oluşturulur ve ardından ısıtılmış bir alt tabaka üzerinde biriktirilir. Bununla birlikte, ablasyon işlemi sırasında bazı yüksek enerjili parçacıklar, malzeme yüzeyine doğrudan etki ederek nokta kusurları oluşturacak ve dolayısıyla filmin kalitesini düşürecektir. MBE yöntemine benzer şekilde RHEED, PLD β-Ga2O3 biriktirme işlemi sırasında malzemenin yüzey yapısını ve morfolojisini gerçek zamanlı olarak izlemek için kullanılabilir ve araştırmacıların büyüme bilgilerini doğru bir şekilde elde etmesine olanak tanır. PLD yönteminin yüksek iletkenliğe sahip β-Ga2O3 filmler üretmesi ve bu özelliğin onu Ga2O3 güç cihazlarında optimize edilmiş bir omik kontak çözümü haline getirmesi bekleniyor.
Şekil 10 Si katkılı Ga2O3'ün AFM görüntüsü
3.5 MIST-CVD yöntemi
MIST-CVD nispeten basit ve uygun maliyetli bir ince film büyütme teknolojisidir. Bu CVD yöntemi, ince film biriktirmeyi sağlamak için atomize edilmiş bir öncünün bir alt tabaka üzerine püskürtülmesi reaksiyonunu içerir. Ancak şimdiye kadar sis CVD kullanılarak büyütülen Ga2O3 hala iyi elektriksel özelliklere sahip değil ve bu da gelecekte iyileştirme ve optimizasyon için çok fazla alan bırakıyor.
Gönderim zamanı: Mayıs-30-2024