2. Crescita di film sottile epitassiale
U sustratu furnisce un stratu di supportu fisicu o un stratu conduttivu per i dispositivi di putenza Ga2O3. U prossimu stratu impurtante hè u stratu di canale o u stratu epitassiale utilizatu per a resistenza à a tensione è u trasportu di i purtatori. Per aumentà a tensione di rottura è minimizà a resistenza di conduzione, u spessore cuntrollabile è a cuncentrazione di doping, è ancu una qualità ottimale di u materiale, sò alcuni prerequisiti. I strati epitassiali di Ga2O3 di alta qualità sò tipicamente depositati utilizendu tecniche di epitassie à fasciu moleculare (MBE), deposizione chimica da vapore metallo-organicu (MOCVD), deposizione da vapore di alogenuri (HVPE), deposizione laser pulsata (PLD) è tecniche di deposizione basate nantu à a nebbia CVD.
Tavula 2 Alcune tecnulugie epitassiali rappresentative
2.1 Metudu MBE
A tecnulugia MBE hè cunnisciuta per a so capacità di cultivà filmi β-Ga2O3 di alta qualità è senza difetti cù un dopaggiu di tipu n cuntrullatu per via di u so ambiente ultra-altu di vuoto è di l'alta purezza di u materiale. Di cunsiguenza, hè diventata una di e tecnulugie di deposizione di film sottili β-Ga2O3 più studiate è potenzialmente cummercializate. Inoltre, u metudu MBE hà ancu preparatu cù successu un stratu di film sottile β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 di eterostruttura di alta qualità è à bassu dopaggiu. MBE pò monitorà a struttura è a morfologia di a superficia in tempu reale cù precisione di u stratu atomicu utilizendu a diffrazione elettronica à alta energia per riflessione (RHEED). Tuttavia, i filmi β-Ga2O3 cresciuti cù a tecnulugia MBE affrontanu sempre parechje sfide, cum'è un bassu tassu di crescita è una piccula dimensione di u film. U studiu hà trovu chì u tassu di crescita era di l'ordine di (010)>(001)>(-201)>(100). Sottu à cundizioni ligeramente ricche di Ga da 650 à 750 °C, β-Ga2O3 (010) mostra una crescita ottima cù una superficia liscia è un altu ritmu di crescita. Usendu stu metudu, l'epitassia di β-Ga2O3 hè stata ottenuta cù successu cù una rugosità RMS di 0,1 nm. β-Ga2O3 In un ambiente riccu di Ga, i filmi MBE cresciuti à diverse temperature sò mostrati in a figura. Novel Crystal Technology Inc. hà pruduttu epitaxialmente cù successu wafer β-Ga2O3MBE 10 × 15 mm2. Furniscenu substrati di monocristalli β-Ga2O3 orientati (010) di alta qualità cù un spessore di 500 μm è XRD FWHM sottu à 150 secondi d'arcu. U substratu hè dopatu cù Sn o dopatu cù Fe. U substratu conduttivu dopatu cù Sn hà una cuncentrazione di dopaggio da 1E18 à 9E18cm−3, mentre chì u substratu semi-isolante dopatu cù ferru hà una resistività superiore à 10E10 Ω cm.
2.2 Metudu MOCVD
U MOCVD usa cumposti organici metallichi cum'è materiali precursori per fà cresce filmi sottili, ottenendu cusì una pruduzzione cummerciale à grande scala. Quandu si cresce Ga2O3 cù u metudu MOCVD, u trimetilgalliu (TMGa), u trietilgalliu (TEGa) è u Ga (formiatu di dipentil glicole) sò generalmente usati cum'è fonte di Ga, mentre chì H2O, O2 o N2O sò usati cum'è fonte d'ossigenu. A crescita cù stu metudu richiede generalmente temperature elevate (> 800 ° C). Sta tecnulugia hà u putenziale per ottene una bassa concentrazione di purtatori è una mobilità elettronica à alta è bassa temperatura, dunque hè di grande impurtanza per a realizazione di dispositivi di putenza β-Ga2O3 à alte prestazioni. In paragone cù u metudu di crescita MBE, u MOCVD hà u vantaghju di ottene tassi di crescita assai elevati di filmi β-Ga2O3 per via di e caratteristiche di a crescita à alta temperatura è di e reazioni chimiche.
Figura 7 β-Ga2O3 (010) AFM image
Figura 8 β-Ga2O3 A relazione trà μ è a resistenza di a lamina misurata da Hall è a temperatura
2.3 Metudu HVPE
L'HVPE hè una tecnulugia epitassiale matura è hè stata largamente aduprata in a crescita epitassiale di semiconduttori cumposti III-V. L'HVPE hè cunnisciutu per u so bassu costu di pruduzzione, a so rapida crescita è u so altu spessore di film. Ci vole à nutà chì l'HVPEβ-Ga2O3 presenta di solitu una morfologia superficiale ruvida è una alta densità di difetti è fossette superficiali. Dunque, sò richiesti prucessi di lucidatura chimica è meccanica prima di fabricà u dispusitivu. A tecnulugia HVPE per l'epitassia β-Ga2O3 di solitu usa GaCl è O2 gassosi cum'è precursori per prumove a reazione à alta temperatura di a matrice (001) β-Ga2O3. A Figura 9 mostra a cundizione superficiale è a velocità di crescita di u film epitassiale in funzione di a temperatura. In l'ultimi anni, a Novel Crystal Technology Inc. di u Giappone hà ottenutu un successu cummerciale significativu in l'HVPE omoepitassiale β-Ga2O3, cù spessori di stratu epitassiale da 5 à 10 μm è dimensioni di wafer di 2 è 4 pollici. Inoltre, i wafer omoepitassiali HVPE β-Ga2O3 di 20 μm di spessore prudutti da China Electronics Technology Group Corporation sò ancu entrati in a fase di cummercializazione.
Figura 9 Metudu HVPE β-Ga2O3
2.4 Metudu PLD
A tecnulugia PLD hè aduprata principalmente per deposità filmi d'ossidu cumplessi è eterostrutture. Durante u prucessu di crescita PLD, l'energia di i fotoni hè accoppiata à u materiale bersagliu per mezu di u prucessu di emissione di elettroni. À u cuntrariu di MBE, e particelle di fonte PLD sò furmate da a radiazione laser cù una energia estremamente alta (> 100 eV) è successivamente depositate nantu à un sustratu riscaldatu. Tuttavia, durante u prucessu di ablazione, alcune particelle à alta energia anu un impattu direttu nantu à a superficia di u materiale, creendu difetti puntuali è riducendu cusì a qualità di u filmu. Simile à u metudu MBE, RHEED pò esse adupratu per monitorà a struttura superficiale è a morfologia di u materiale in tempu reale durante u prucessu di deposizione PLD β-Ga2O3, permettendu à i circadori di ottene accuratamente informazioni di crescita. Si prevede chì u metudu PLD farà cresce filmi β-Ga2O3 altamente conduttivi, rendendulu una suluzione di cuntattu ohmicu ottimizzata in i dispositivi di putenza Ga2O3.
Figura 10 Imagine AFM di Ga2O3 dopatu cù Si
2.5 Metudu MIST-CVD
MIST-CVD hè una tecnulugia di crescita di film sottili relativamente simplice è economica. Stu metudu CVD implica a reazione di spruzzatura di un precursore atomizatu nantu à un substratu per ottene a deposizione di film sottili. Tuttavia, finu à avà, Ga2O3 cultivatu cù CVD à nebbia manca sempre di bone proprietà elettriche, ciò chì lascia assai spaziu per miglioramenti è ottimisazione in u futuru.
Data di publicazione: 30 di maghju di u 2024