2. Epitaksa maldika filmkresko
La substrato provizas fizikan subtenan tavolon aŭ konduktan tavolon por Ga2O3 potencaj aparatoj. La sekva grava tavolo estas la kanala tavolo aŭ epitaksa tavolo uzata por tensiorezisto kaj portantotransporto. Por pliigi disrompan tension kaj minimumigi konduktan reziston, kontrolebla dikeco kaj dopkoncentriĝo, same kiel optimuma materiala kvalito, estas kelkaj antaŭkondiĉoj. Altkvalitaj Ga2O3 epitaksaj tavoloj estas tipe deponitaj uzante molekulan faskan epitaksion (MBE), metal-organikan kemian vaporan demetadon (MOCVD), halogenidan vaporan demetadon (HVPE), pulsan laseran demetadon (PLD), kaj nebulajn CVD-bazitajn demetadteknikojn.
Tabelo 2 Kelkaj reprezentaj epitaksiaj teknologioj
2.1 MBE-metodo
MBE-teknologio estas fama pro sia kapablo kreskigi altkvalitajn, sendifektajn β-Ga2O3-filmojn kun kontrolebla n-tipa dopado pro sia ultra-alta vakua medio kaj alta pureco de la materialo. Rezulte, ĝi fariĝis unu el la plej vaste studitaj kaj eble komercigitaj β-Ga2O3-maldikaj filmaj deponaj teknologioj. Krome, la MBE-metodo ankaŭ sukcese preparis altkvalitan, malalt-dopitan heterostrukturan β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3-maldikan filmtavolon. MBE povas monitori surfacan strukturon kaj morfologion en reala tempo kun atomtavola precizeco uzante reflektan alt-energian elektronan difrakton (RHEED). Tamen, β-Ga2O3-filmoj kreskigitaj per MBE-teknologio ankoraŭ alfrontas multajn defiojn, kiel ekzemple malalta kreskorapideco kaj malgranda filmgrandeco. La studo trovis, ke la kreskorapideco estis en la ordo de (010)>(001)>(−201)>(100). Sub iomete Ga-riĉaj kondiĉoj de 650 ĝis 750 °C, β-Ga2O3 (010) montras optimuman kreskon kun glata surfaco kaj alta kreskorapideco. Uzante ĉi tiun metodon, β-Ga2O3-epitaksio estis sukcese atingita kun RMS-malglateco de 0.1 nm. β-Ga2O3 En Ga-riĉa medio, MBE-filmoj kreskigitaj je malsamaj temperaturoj estas montritaj en la figuro. Novel Crystal Technology Inc. sukcese epitakse produktis 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE-blatojn. Ili provizas altkvalitajn (010) orientitajn β-Ga2O3-unukristalajn substratojn kun dikeco de 500 μm kaj XRD FWHM sub 150 arksekundoj. La substrato estas Sn-dopita aŭ Fe-dopita. La Sn-dopita konduktiva substrato havas dopan koncentriĝon de 1E18 ĝis 9E18cm−3, dum la fer-dopita duonizola substrato havas rezistecon pli altan ol 10E10 Ω cm.
2.2 MOCVD-metodo
MOCVD uzas metalajn organikajn kombinaĵojn kiel antaŭmaterialojn por kreskigi maldikajn filmojn, tiel atingante grandskalan komercan produktadon. Kiam oni kreskigas Ga2O3 per la MOCVD-metodo, trimetilgalio (TMGa), trietilgalio (TEGa) kaj Ga (dipentilglikola formiato) kutime uziĝas kiel la Ga-fonto, dum H2O, O2 aŭ N2O uziĝas kiel la oksigenfonto. Kresko per ĉi tiu metodo ĝenerale postulas altajn temperaturojn (>800°C). Ĉi tiu teknologio havas la potencialon atingi malaltan koncentriĝon de portantoj kaj alt- kaj malalt-temperaturan elektronan moveblecon, do ĝi estas tre grava por la realigo de alt-efikecaj β-Ga2O3-potencaj aparatoj. Kompare kun la MBE-kreskiga metodo, MOCVD havas la avantaĝon atingi tre altajn kreskorapidecojn de β-Ga2O3-filmoj pro la karakterizaĵoj de alt-temperatura kresko kaj kemiaj reakcioj.
Figuro 7 β-Ga2O3 (010) AFM-bildo
Figuro 8 β-Ga2O3 La rilato inter μ kaj lamina rezisto mezurita per Hall kaj temperaturo
2.3 HVPE-metodo
HVPE estas matura epitaksia teknologio kaj estis vaste uzata en la epitaksia kresko de III-V-kunmetitaj semikonduktaĵoj. HVPE estas konata pro sia malalta produktokosto, rapida kreskorapideco kaj alta filmdikeco. Notindas, ke HVPEβ-Ga2O3 kutime montras malglatan surfacan morfologion kaj altan densecon de surfacaj difektoj kaj kavaĵoj. Tial, kemiaj kaj mekanikaj poluraj procezoj estas necesaj antaŭ la fabrikado de la aparato. HVPE-teknologio por β-Ga2O3-epitaksio kutime uzas gasan GaCl kaj O2 kiel antaŭulojn por antaŭenigi la alt-temperaturan reakcion de la (001) β-Ga2O3-matrico. Figuro 9 montras la surfacan staton kaj kreskorapidecon de la epitaksia filmo kiel funkcion de temperaturo. En la lastaj jaroj, la japana Novel Crystal Technology Inc. atingis signifan komercan sukceson en HVPE homoepitaksa β-Ga2O3, kun epitaksiaj tavoldikecoj de 5 ĝis 10 μm kaj blataj grandecoj de 2 kaj 4 coloj. Krome, 20 μm dikaj HVPE β-Ga2O3 homoepitaksaj oblatoj produktitaj de China Electronics Technology Group Corporation ankaŭ eniris la komercigan fazon.
Figuro 9 HVPE-metodo β-Ga2O3
2.4 PLD-metodo
PLD-teknologio estas ĉefe uzata por deponi kompleksajn oksidajn filmojn kaj heterostrukturojn. Dum la PLD-kreskoprocezo, fotona energio estas kuplita al la cela materialo per la elektrona emisia procezo. Kontraste al MBE, PLD-fontaj partikloj estas formitaj per lasera radiado kun ekstreme alta energio (>100 eV) kaj poste deponitaj sur varmigita substrato. Tamen, dum la ablacia procezo, iuj alt-energiaj partikloj rekte trafos la materialan surfacon, kreante punktajn difektojn kaj tiel reduktante la kvaliton de la filmo. Simile al la MBE-metodo, RHEED povas esti uzata por monitori la surfacan strukturon kaj morfologion de la materialo en reala tempo dum la PLD-β-Ga2O3-depona procezo, permesante al esploristoj precize akiri kreskoinformojn. La PLD-metodo estas atendata kreskigi tre konduktivajn β-Ga2O3-filmojn, igante ĝin optimumigita ohma kontakta solvo en Ga2O3-potencaj aparatoj.
Figuro 10 AFM-bildo de Si-dopita Ga2O3
2.5 MIST-CVD metodo
MIST-CVD estas relative simpla kaj kostefika teknologio por kreskigi maldikajn filmojn. Ĉi tiu CVD-metodo implikas la reagon de ŝprucado de atomigita antaŭulo sur substraton por atingi deponadon de maldika filmo. Tamen, ĝis nun, Ga2O3 kreskigita per nebula CVD ankoraŭ mankas bonajn elektrajn ecojn, kio lasas multe da spaco por plibonigo kaj optimumigo en la estonteco.
Afiŝtempo: 30-a de majo 2024