2. Epitaksiale dunfilmgroei
Die substraat bied 'n fisiese ondersteuningslaag of geleidende laag vir Ga2O3-kragtoestelle. Die volgende belangrike laag is die kanaallaag of epitaksiale laag wat gebruik word vir spanningsweerstand en draervervoer. Om die deurslagspanning te verhoog en geleidingsweerstand te minimaliseer, is beheerbare dikte en doteringskonsentrasie, sowel as optimale materiaalkwaliteit, 'n paar voorvereistes. Hoë kwaliteit Ga2O3 epitaksiale lae word tipies neergelê met behulp van molekulêre bundel-epitaksie (MBE), metaalorganiese chemiese dampafsetting (MOCVD), halieddampafsetting (HVPE), gepulseerde laserafsetting (PLD) en mis-CVD-gebaseerde afsettingstegnieke.
Tabel 2 Enkele verteenwoordigende epitaksiale tegnologieë
2.1 MBE-metode
MBE-tegnologie is bekend vir sy vermoë om hoëgehalte, defekvrye β-Ga2O3-films met beheerbare n-tipe doping te kweek as gevolg van sy ultrahoë vakuumomgewing en hoë materiaalsuiwerheid. Gevolglik het dit een van die mees bestudeerde en potensieel gekommersialiseerde β-Ga2O3-dunfilmafsettingstegnologieë geword. Daarbenewens het die MBE-metode ook suksesvol 'n hoëgehalte, lae-gedoteerde heterostruktuur β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3-dunfilmlaag voorberei. MBE kan oppervlakstruktuur en morfologie intyds monitor met atoomlaagpresisie deur refleksiehoë-energie-elektrondiffraksie (RHEED) te gebruik. β-Ga2O3-films wat met MBE-tegnologie gekweek word, staar egter steeds baie uitdagings in die gesig, soos lae groeikoers en klein filmgrootte. Die studie het bevind dat die groeikoers in die orde van (010)>(001)>(−201)>(100) was. Onder effens Ga-ryke toestande van 650 tot 750°C, toon β-Ga2O3 (010) optimale groei met 'n gladde oppervlak en hoë groeikoers. Deur hierdie metode te gebruik, is β-Ga2O3 epitaksie suksesvol bereik met 'n RMS-ruheid van 0.1 nm. β-Ga2O3 In 'n Ga-ryke omgewing word MBE-films wat by verskillende temperature gekweek is, in die figuur getoon. Novel Crystal Technology Inc. het suksesvol 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE-wafers epitaksiaal vervaardig. Hulle bied hoë kwaliteit (010) georiënteerde β-Ga2O3 enkelkristalsubstrate met 'n dikte van 500 μm en XRD FWHM onder 150 boogsekondes. Die substraat is Sn-gedoteer of Fe-gedoteer. Die Sn-gedoteerde geleidende substraat het 'n doteringskonsentrasie van 1E18 tot 9E18cm−3, terwyl die yster-gedoteerde semi-isolerende substraat 'n weerstand hoër as 10E10 Ω cm het.
2.2 MOCVD-metode
MOCVD gebruik metaalorganiese verbindings as voorlopermateriale om dun films te kweek, waardeur grootskaalse kommersiële produksie bereik word. Wanneer Ga2O3 met die MOCVD-metode gekweek word, word trimetielgallium (TMGa), triëtielgallium (TEGa) en Ga (dipentielglikolformaat) gewoonlik as die Ga-bron gebruik, terwyl H2O, O2 of N2O as die suurstofbron gebruik word. Groei met behulp van hierdie metode vereis gewoonlik hoë temperature (>800°C). Hierdie tegnologie het die potensiaal om lae draerkonsentrasie en hoë- en lae temperatuur elektronmobiliteit te bereik, dus is dit van groot belang vir die realisering van hoëprestasie β-Ga2O3-kragtoestelle. In vergelyking met die MBE-groeimetode, het MOCVD die voordeel dat dit baie hoë groeikoerse van β-Ga2O3-films behaal as gevolg van die eienskappe van hoëtemperatuurgroei en chemiese reaksies.
Figuur 7 β-Ga2O3 (010) AFM beeld
Figuur 8 β-Ga2O3 Die verband tussen μ en plaatweerstand gemeet deur Hall en temperatuur
2.3 HVPE-metode
HVPE is 'n volwasse epitaksiale tegnologie en word wyd gebruik in die epitaksiale groei van III-V-saamgestelde halfgeleiers. HVPE is bekend vir sy lae produksiekoste, vinnige groeikoers en hoë filmdikte. Daar moet kennis geneem word dat HVPEβ-Ga2O3 gewoonlik growwe oppervlakmorfologie en hoë digtheid van oppervlakdefekte en putte vertoon. Daarom is chemiese en meganiese poleringsprosesse nodig voor die vervaardiging van die toestel. HVPE-tegnologie vir β-Ga2O3-epitaksie gebruik gewoonlik gasvormige GaCl en O2 as voorlopers om die hoëtemperatuurreaksie van die (001) β-Ga2O3-matriks te bevorder. Figuur 9 toon die oppervlaktoestand en groeikoers van die epitaksiale film as 'n funksie van temperatuur. In onlangse jare het Japan se Novel Crystal Technology Inc. beduidende kommersiële sukses behaal in HVPE homoepitaksiale β-Ga2O3, met epitaksiale laagdiktes van 5 tot 10 μm en wafergroottes van 2 en 4 duim. Daarbenewens het 20 μm dik HVPE β-Ga2O3 homoepitaksiale wafers wat deur China Electronics Technology Group Corporation vervaardig word, ook die kommersialiseringsfase betree.
Figuur 9 HVPE-metode β-Ga2O3
2.4 PLD-metode
PLD-tegnologie word hoofsaaklik gebruik om komplekse oksiedfilms en heterostrukture neer te sit. Tydens die PLD-groeiproses word fotonenergie aan die teikenmateriaal gekoppel deur die elektronemissieproses. In teenstelling met MBE word PLD-brondeeltjies gevorm deur laserstraling met uiters hoë energie (>100 eV) en vervolgens op 'n verhitte substraat neergesit. Tydens die ablasieproses sal sommige hoë-energiedeeltjies egter direk die materiaaloppervlak beïnvloed, wat puntdefekte skep en sodoende die kwaliteit van die film verminder. Soortgelyk aan die MBE-metode, kan RHEED gebruik word om die oppervlakstruktuur en morfologie van die materiaal intyds te monitor tydens die PLD β-Ga2O3-afsettingsproses, wat navorsers in staat stel om akkuraat groeiinligting te verkry. Daar word verwag dat die PLD-metode hoogs geleidende β-Ga2O3-films sal laat groei, wat dit 'n geoptimaliseerde ohmiese kontakoplossing in Ga2O3-kragtoestelle maak.
Figuur 10 AFM-beeld van Si-gedoteerde Ga2O3
2.5 MIST-CVD-metode
MIST-CVD is 'n relatief eenvoudige en koste-effektiewe dunfilmgroeitegnologie. Hierdie CVD-metode behels die reaksie van die bespuiting van 'n geatomiseerde voorloper op 'n substraat om dunfilmafsetting te verkry. Tot dusver het Ga2O3 wat met mis-CVD gekweek word, egter steeds nie goeie elektriese eienskappe nie, wat baie ruimte laat vir verbetering en optimalisering in die toekoms.
Plasingstyd: 30 Mei 2024