2. Rast epitaksijalnog tankog filma
Supstrat pruža fizički potporni sloj ili vodljivi sloj za Ga2O3 energetske uređaje. Sljedeći važan sloj je kanalni sloj ili epitaksijalni sloj koji se koristi za naponski otpor i transport nosioca naboja. Kako bi se povećao probojni napon i smanjio otpor vodljivosti, preduvjeti su kontrolirana debljina i koncentracija dopiranja, kao i optimalna kvaliteta materijala. Visokokvalitetni Ga2O3 epitaksijalni slojevi obično se talože korištenjem molekularno-snopne epitaksije (MBE), metalorgansko-kemijskog taloženja iz parne faze (MOCVD), taloženja iz parne faze halogenida (HVPE), pulsnog laserskog taloženja (PLD) i tehnika taloženja temeljenih na magli CVD.
Tablica 2 Neke reprezentativne epitaksijalne tehnologije
2.1 MBE metoda
MBE tehnologija je poznata po svojoj sposobnosti rasta visokokvalitetnih, bezdefektnih β-Ga2O3 filmova s kontroliranim dopiranjem n-tipa zbog ultra-visokog vakuuma i visoke čistoće materijala. Kao rezultat toga, postala je jedna od najčešće proučavanih i potencijalno komercijaliziranijih 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 uvjetima blago bogatim Ga od 650 do 750°C, β-Ga2O3 (010) pokazuje optimalan rast s glatkom površinom i visokom brzinom rasta. Korištenjem ove metode, β-Ga2O3 epitaksija je uspješno postignuta s 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. uspješno je epitaksijalno proizveo 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE pločice. One pružaju visokokvalitetne (010) orijentirane β-Ga2O3 monokristalne podloge debljine 500 μm i XRD FWHM ispod 150 lučnih sekundi. Podloga je dopirana Sn ili Fe. Vodljiva 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 MOCVD metodom, trimetilgalij (TMGa), trietilgalij (TEGa) i Ga (dipentil glikol format) obično se koriste kao izvor Ga, dok se H2O, O2 ili N2O koriste kao izvor kisika. Rast ovom metodom općenito zahtijeva visoke temperature (>800°C). Ova tehnologija ima potencijal za postizanje niske koncentracije nosioca i pokretljivosti elektrona na visokim i niskim temperaturama, stoga je od velikog značaja za realizaciju visokoučinkovitih β-Ga2O3 energetskih uređaja. U usporedbi s MBE metodom rasta, MOCVD ima prednost postizanja vrlo visokih stopa rasta β-Ga2O3 filmova zbog karakteristika rasta na visokim temperaturama i kemijskih 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 spojeva poluvodiča. 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 kemijski i mehanički procesi poliranja. HVPE tehnologija za β-Ga2O3 epitaksiju obično koristi plinoviti GaCl i O2 kao prekursore za poticanje visokotemperaturne reakcije (001) β-Ga2O3 matrice. Slika 9 prikazuje stanje površine i brzinu rasta epitaksijalnog filma kao funkciju temperature. Posljednjih godina, japanska tvrtka 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 ušle su 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 složenih oksidnih filmova i heterostruktura. Tijekom procesa rasta PLD-a, energija fotona se veže za ciljni materijal putem procesa emisije elektrona. Za razliku od MBE, izvorne čestice PLD-a formiraju se laserskim zračenjem s izuzetno visokom energijom (>100 eV) i potom talože na zagrijanu podlogu. Međutim, tijekom procesa ablacije, neke čestice visoke energije izravno će utjecati na površinu materijala, stvarajući točkaste defekte i time smanjujući kvalitetu filma. Slično MBE metodi, RHEED se može koristiti za praćenje površinske strukture i morfologije materijala u stvarnom vremenu tijekom procesa taloženja PLD β-Ga2O3, što istraživačima omogućuje točno dobivanje informacija o rastu. Očekuje se da će PLD metoda uzgojiti visoko vodljive β-Ga2O3 filmove, što je čini optimiziranim 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. svibnja 2024.