2. Rast epitaksijalnog tankog filma
Supstrat pruža fizički potporni sloj ili provodni sloj za Ga2O3 energetske uređaje. Sljedeći važan sloj je kanalni sloj ili epitaksijalni sloj koji se koristi za naponsku otpornost i transport nosioca. Da bi se povećao probojni napon i minimizirao otpor provodljivosti, neki od preduslova su kontrolirana debljina i koncentracija dopiranja, kao i optimalan kvalitet materijala. Visokokvalitetni Ga2O3 epitaksijalni slojevi se obično talože korištenjem molekularno-snopne epitaksije (MBE), metalorgansko-hemijskog taloženja iz parne faze (MOCVD), halogenidnog taloženja iz parne faze (HVPE), pulsnog laserskog taloženja (PLD) i tehnika taloženja zasnovanih na magli CVD.
Tabela 2 Neke reprezentativne epitaksijalne tehnologije
2.1 MBE metoda
MBE tehnologija je poznata po svojoj sposobnosti uzgoja visokokvalitetnih, bezdefektnih β-Ga2O3 filmova s kontroliranim dopiranjem n-tipa zahvaljujući ultra-visokom vakuumu i visokoj čistoći materijala. Kao rezultat toga, postala je jedna od najšire proučavanih i potencijalno komercijaliziranih tehnologija taloženja tankih filmova β-Ga2O3. Osim toga, MBE metoda je također uspješno pripremila visokokvalitetni, nisko dopirani heterostrukturni sloj tankog filma β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3. MBE može pratiti površinsku strukturu i morfologiju u stvarnom vremenu s preciznošću atomskog sloja korištenjem refleksijske difrakcije elektrona visoke energije (RHEED). Međutim, β-Ga2O3 filmovi uzgojeni korištenjem MBE tehnologije i dalje se suočavaju s mnogim izazovima, kao što su niska stopa rasta i mala veličina filma. Studija je otkrila da je stopa rasta bila reda veličine (010)>(001)>(−201)>(100). U uslovima blagog bogatstva Ga od 650 do 750°C, β-Ga2O3 (010) pokazuje optimalan rast sa glatkom površinom i visokom stopom rasta. Korištenjem ove metode, β-Ga2O3 epitaksija je uspješno postignuta sa RMS hrapavošću od 0,1 nm. β-Ga2O3 U okruženju bogatom Ga, MBE filmovi uzgojeni na različitim temperaturama prikazani su na slici. Novel Crystal Technology Inc. je uspješno epitaksijalno proizveo β-Ga2O3MBE pločice dimenzija 10 × 15 mm2. One pružaju visokokvalitetne (010) orijentisane β-Ga2O3 monokristalne podloge debljine 500 μm i XRD FWHM ispod 150 lučnih sekundi. Podloga je dopirana Sn ili Fe. Provodna podloga dopirana Sn ima koncentraciju dopiranja od 1E18 do 9E18cm−3, dok poluizolacijska podloga dopirana željezom ima otpornost veću od 10E10 Ω cm.
2.2 MOCVD metoda
MOCVD koristi metalne organske spojeve kao prekursorske materijale za rast tankih filmova, čime se postiže komercijalna proizvodnja velikih razmjera. Prilikom uzgoja Ga2O3 korištenjem MOCVD metode, trimetilgalij (TMGa), trietilgalij (TEGa) i Ga (dipentil glikol format) se obično koriste kao izvor Ga, dok se H2O, O2 ili N2O koriste kao izvor kisika. Rast korištenjem ove metode uglavnom zahtijeva visoke temperature (>800°C). Ova tehnologija ima potencijal za postizanje niske koncentracije nosioca i pokretljivosti elektrona na visokoj i niskoj temperaturi, tako da je od velikog značaja za realizaciju visokoučinkovitih β-Ga2O3 energetskih uređaja. U poređenju s MBE metodom rasta, MOCVD ima prednost postizanja vrlo visokih stopa rasta β-Ga2O3 filmova zbog karakteristika rasta na visokim temperaturama i hemijskih reakcija.
Slika 7 β-Ga2O3 (010) AFM slika
Slika 8 β-Ga2O3 Odnos između μ i otpora sloja izmjerenog Hallovim mjerenjem i temperature
2.3 HVPE metoda
HVPE je zrela epitaksijalna tehnologija i široko se koristi u epitaksijalnom rastu III-V spojnih poluprovodnika. HVPE je poznat po niskim troškovima proizvodnje, brzoj stopi rasta i velikoj debljini filma. Treba napomenuti da HVPEβ-Ga2O3 obično pokazuje hrapavu površinsku morfologiju i visoku gustoću površinskih defekata i rupica. Stoga su prije proizvodnje uređaja potrebni hemijski i mehanički procesi poliranja. HVPE tehnologija za β-Ga2O3 epitaksiju obično koristi gasoviti GaCl i O2 kao prekursore za podsticanje reakcije na visokim temperaturama matrice (001) β-Ga2O3. Slika 9 prikazuje stanje površine i brzinu rasta epitaksijalnog filma kao funkciju temperature. Posljednjih godina, japanska kompanija Novel Crystal Technology Inc. postigla je značajan komercijalni uspjeh u HVPE homoepitaksijalnom β-Ga2O3, s debljinom epitaksijalnog sloja od 5 do 10 μm i veličinama pločica od 2 i 4 inča. Osim toga, u fazu komercijalizacije su ušle i homoepitaksijalne pločice HVPE β-Ga2O3 debljine 20 μm koje proizvodi China Electronics Technology Group Corporation.
Slika 9 HVPE metoda β-Ga2O3
2.4 PLD metoda
PLD tehnologija se uglavnom koristi za taloženje kompleksnih oksidnih filmova i heterostruktura. Tokom procesa rasta PLD-a, energija fotona se spaja sa ciljnim materijalom putem procesa emisije elektrona. Za razliku od MBE, čestice izvora PLD-a formiraju se laserskim zračenjem izuzetno visoke energije (>100 eV) i potom talože na zagrijanu podlogu. Međutim, tokom procesa ablacije, neke čestice visoke energije će direktno udariti u površinu materijala, stvarajući tačkaste defekte i time smanjujući kvalitet filma. Slično MBE metodi, RHEED se može koristiti za praćenje površinske strukture i morfologije materijala u realnom vremenu tokom procesa taloženja PLD β-Ga2O3, omogućavajući istraživačima da precizno dobiju informacije o rastu. Očekuje se da će PLD metoda uzgojiti visoko provodljive β-Ga2O3 filmove, što je čini optimizovanim omskim kontaktnim rješenjem u Ga2O3 energetskim uređajima.
Slika 10 AFM slika Ga2O3 dopiranog Si
2.5 MIST-CVD metoda
MIST-CVD je relativno jednostavna i isplativa tehnologija rasta tankog filma. Ova CVD metoda uključuje reakciju prskanja atomiziranog prekursora na podlogu kako bi se postiglo taloženje tankog filma. Međutim, do sada, Ga2O3 uzgojen korištenjem CVD-a u magli još uvijek nema dobra električna svojstva, što ostavlja mnogo prostora za poboljšanje i optimizaciju u budućnosti.
Vrijeme objave: 30. maj 2024.