2. Twf ffilm denau epitacsial
Mae'r swbstrad yn darparu haen gymorth gorfforol neu haen ddargludol ar gyfer dyfeisiau pŵer Ga2O3. Yr haen bwysig nesaf yw'r haen sianel neu'r haen epitacsial a ddefnyddir ar gyfer ymwrthedd foltedd a chludiant cludwr. Er mwyn cynyddu foltedd chwalfa a lleihau ymwrthedd dargludiad, mae trwch a chrynodiad dopio rheoladwy, yn ogystal ag ansawdd deunydd gorau posibl, yn rhai rhagofynion. Fel arfer, caiff haenau epitacsial Ga2O3 o ansawdd uchel eu dyddodi gan ddefnyddio epitacsi trawst moleciwlaidd (MBE), dyddodiad anwedd cemegol metel organig (MOCVD), dyddodiad anwedd halid (HVPE), dyddodiad laser pwls (PLD), a thechnegau dyddodiad yn seiliedig ar niwl CVD.
Tabl 2 Rhai technolegau epitacsial cynrychioliadol
2.1 Dull MBE
Mae technoleg MBE yn enwog am ei gallu i dyfu ffilmiau β-Ga2O3 o ansawdd uchel, heb ddiffygion gyda dopio math-n rheoladwy oherwydd ei hamgylchedd gwactod uwch-uchel a'i burdeb deunydd uchel. O ganlyniad, mae wedi dod yn un o'r technolegau dyddodiad ffilm denau β-Ga2O3 a astudiwyd fwyaf ac a allai fod wedi'i fasnacheiddio fwyaf. Yn ogystal, llwyddodd y dull MBE hefyd i baratoi haen ffilm denau heterostrwythur β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 o ansawdd uchel, â dopio isel. Gall MBE fonitro strwythur a morffoleg yr wyneb mewn amser real gyda chywirdeb haen atomig trwy ddefnyddio diffractiad electron egni uchel adlewyrchiadol (RHEED). Fodd bynnag, mae ffilmiau β-Ga2O3 a dyfir gan ddefnyddio technoleg MBE yn dal i wynebu llawer o heriau, megis cyfradd twf isel a maint ffilm bach. Canfu'r astudiaeth fod y gyfradd twf yn y drefn (010)>(001)>(−201)>(100). O dan amodau ychydig yn gyfoethog mewn Ga o 650 i 750°C, mae β-Ga2O3 (010) yn arddangos twf gorau posibl gydag arwyneb llyfn a chyfradd twf uchel. Gan ddefnyddio'r dull hwn, cyflawnwyd epitacsi β-Ga2O3 yn llwyddiannus gyda garwedd RMS o 0.1 nm. β-Ga2O3 Mewn amgylchedd cyfoethog mewn Ga, dangosir ffilmiau MBE a dyfwyd ar dymheredd gwahanol yn y ffigur. Mae Novel Crystal Technology Inc. wedi cynhyrchu wafferi 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE yn llwyddiannus yn epitacsial. Maent yn darparu swbstradau grisial sengl β-Ga2O3 wedi'u cyfeirio o ansawdd uchel (010) gyda thrwch o 500 μm a FWHM XRD islaw 150 eiliad arc. Mae'r swbstrad wedi'i ddopio ag Sn neu Fe. Mae gan y swbstrad dargludol wedi'i dopio â Sn grynodiad dopio o 1E18 i 9E18cm−3, tra bod gan y swbstrad lled-inswleiddio wedi'i dopio â haearn wrthedd sy'n uwch na 10E10 Ω cm.
2.2 Dull MOCVD
Mae MOCVD yn defnyddio cyfansoddion organig metel fel deunyddiau rhagflaenol i dyfu ffilmiau tenau, a thrwy hynny gyflawni cynhyrchiad masnachol ar raddfa fawr. Wrth dyfu Ga2O3 gan ddefnyddio'r dull MOCVD, defnyddir trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) a Ga (dipentyl glycol formate) fel arfer fel ffynhonnell Ga, tra bod H2O, O2 neu N2O yn cael eu defnyddio fel ffynhonnell ocsigen. Mae twf gan ddefnyddio'r dull hwn fel arfer yn gofyn am dymheredd uchel (>800°C). Mae gan y dechnoleg hon y potensial i gyflawni crynodiad cludwr isel a symudedd electronau tymheredd uchel ac isel, felly mae o arwyddocâd mawr i wireddu dyfeisiau pŵer β-Ga2O3 perfformiad uchel. O'i gymharu â'r dull twf MBE, mae gan MOCVD y fantais o gyflawni cyfraddau twf uchel iawn o ffilmiau β-Ga2O3 oherwydd nodweddion twf tymheredd uchel ac adweithiau cemegol.
Ffigur 7 β-Ga2O3 (010) delwedd AFM
Ffigur 8 β-Ga2O3 Y berthynas rhwng μ a gwrthiant dalen wedi'i fesur gan Hall a thymheredd
2.3 Dull HVPE
Mae HVPE yn dechnoleg epitacsial aeddfed ac fe'i defnyddiwyd yn helaeth yn nhwf epitacsial lled-ddargludyddion cyfansawdd III-V. Mae HVPE yn adnabyddus am ei gost gynhyrchu isel, ei gyfradd twf cyflym, a'i drwch ffilm uchel. Dylid nodi bod HVPEβ-Ga2O3 fel arfer yn arddangos morffoleg arwyneb garw a dwysedd uchel o ddiffygion a phyllau arwyneb. Felly, mae angen prosesau caboli cemegol a mecanyddol cyn gweithgynhyrchu'r ddyfais. Mae technoleg HVPE ar gyfer epitacsi β-Ga2O3 fel arfer yn defnyddio GaCl nwyol ac O2 fel rhagflaenwyr i hyrwyddo adwaith tymheredd uchel y matrics (001) β-Ga2O3. Mae Ffigur 9 yn dangos cyflwr yr wyneb a chyfradd twf y ffilm epitacsial fel swyddogaeth o dymheredd. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae Novel Crystal Technology Inc. o Japan wedi cyflawni llwyddiant masnachol sylweddol mewn homoepitacsial β-Ga2O3 HVPE, gyda thrwch haen epitacsial o 5 i 10 μm a meintiau wafer o 2 a 4 modfedd. Yn ogystal, mae waferi homoepitaxial HVPE β-Ga2O3 20 μm o drwch a gynhyrchwyd gan China Electronics Technology Group Corporation hefyd wedi mynd i'r cam masnacheiddio.
Ffigur 9 Dull HVPE β-Ga2O3
2.4 Dull PLD
Defnyddir technoleg PLD yn bennaf i ddyddodi ffilmiau ocsid cymhleth a heterostrwythurau. Yn ystod y broses dyfu PLD, mae ynni ffoton yn cael ei gyplysu â'r deunydd targed trwy'r broses allyrru electronau. Mewn cyferbyniad ag MBE, mae gronynnau ffynhonnell PLD yn cael eu ffurfio gan ymbelydredd laser gydag ynni eithriadol o uchel (>100 eV) ac yna'n cael eu dyddodi ar swbstrad wedi'i gynhesu. Fodd bynnag, yn ystod y broses abladiad, bydd rhai gronynnau ynni uchel yn effeithio'n uniongyrchol ar wyneb y deunydd, gan greu diffygion pwynt a thrwy hynny leihau ansawdd y ffilm. Yn debyg i'r dull MBE, gellir defnyddio RHEED i fonitro strwythur wyneb a morffoleg y deunydd mewn amser real yn ystod y broses ddyddodi β-Ga2O3 PLD, gan ganiatáu i ymchwilwyr gael gwybodaeth twf yn gywir. Disgwylir i'r dull PLD dyfu ffilmiau β-Ga2O3 dargludol iawn, gan ei wneud yn ddatrysiad cyswllt ohmig wedi'i optimeiddio mewn dyfeisiau pŵer Ga2O3.
Ffigur 10 Delwedd AFM o Ga2O3 wedi'i dopio â Si
2.5 Dull MIST-CVD
Mae MIST-CVD yn dechnoleg tyfu ffilm denau gymharol syml a chost-effeithiol. Mae'r dull CVD hwn yn cynnwys adwaith chwistrellu rhagflaenydd atomedig ar swbstrad i gyflawni dyddodiad ffilm denau. Fodd bynnag, hyd yn hyn, mae Ga2O3 a dyfir gan ddefnyddio CVD niwl yn dal i fod yn brin o briodweddau trydanol da, sy'n gadael llawer o le i wella ac optimeiddio yn y dyfodol.
Amser postio: Mai-30-2024