Օքսիդացված կանգնած հացահատիկի և էպիտաքսիալ աճի տեխնոլոգիա-Ⅱ

2. Էպիտաքսիալ բարակ թաղանթի աճ

Հիմքը Ga2O3-ի հզոր սարքերի համար ապահովում է ֆիզիկական հենարան կամ հաղորդիչ շերտ: Հաջորդ կարևոր շերտը լարման դիմադրության և կրիչների տեղափոխման համար օգտագործվող ալիքային շերտն է կամ էպիտաքսիալ շերտը: Խզման լարումը մեծացնելու և հաղորդիչ դիմադրությունը նվազագույնի հասցնելու համար որոշ նախապայմաններ են կառավարելի հաստությունը և խառնուրդի կոնցենտրացիան, ինչպես նաև նյութի օպտիմալ որակը: Բարձրորակ Ga2O3 էպիտաքսիալ շերտերը սովորաբար նստեցվում են մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիայի (MBE), մետաղական օրգանական քիմիական գոլորշու նստեցման (MOCVD), հալոգենային գոլորշու նստեցման (HVPE), իմպուլսային լազերային նստեցման (PLD) և մառախուղի CVD-ի վրա հիմնված նստեցման տեխնիկաների միջոցով:

Աղյուսակ 2. Որոշ ներկայացուցչական էպիտաքսիալ տեխնոլոգիաներ

2.1 MBE մեթոդ

MBE տեխնոլոգիան հայտնի է իր ունակությամբ՝ աճեցնելու բարձրորակ, արատներից զերծ β-Ga2O3 թաղանթներ՝ կառավարելի n-տիպի դոպինգով՝ իր գերբարձր վակուումային միջավայրի և նյութի բարձր մաքրության շնորհիվ: Արդյունքում, այն դարձել է β-Ga2O3 բարակ թաղանթի նստեցման ամենալայն ուսումնասիրված և պոտենցիալ առևտրայնացված տեխնոլոգիաներից մեկը: Բացի այդ, MBE մեթոդը նաև հաջողությամբ պատրաստել է բարձրորակ, ցածր դոպինգով հետերոկառուցվածքային β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 բարակ թաղանթային շերտ: MBE-ն կարող է վերահսկել մակերևույթի կառուցվածքը և ձևաբանությունը իրական ժամանակում՝ ատոմային շերտի ճշգրտությամբ՝ օգտագործելով անդրադարձման բարձր էներգիայի էլեկտրոնային դիֆրակցիա (RHEED): Այնուամենայնիվ, MBE տեխնոլոգիայով աճեցված β-Ga2O3 թաղանթները դեռևս բախվում են բազմաթիվ մարտահրավերների, ինչպիսիք են ցածր աճի տեմպը և թաղանթի փոքր չափը: Ուսումնասիրությունը պարզել է, որ աճի տեմպը (010)>(001)>(−201)>(100) կարգի էր: Ga-ով թեթևակի հարուստ պայմաններում՝ 650-ից 750°C ջերմաստիճանում, β-Ga2O3 (010)-ը ցուցաբերում է օպտիմալ աճ՝ հարթ մակերեսով և բարձր աճի տեմպով: Այս մեթոդի կիրառմամբ, β-Ga2O3 էպիտաքսիան հաջողությամբ իրականացվել է 0.1 նմ RMS կոպտությամբ: β-Ga2O3 Ga-ով հարուստ միջավայրում նկարում ներկայացված են տարբեր ջերմաստիճաններում աճեցված MBE թաղանթներ: Novel Crystal Technology Inc.-ը հաջողությամբ էպիտաքսիալ կերպով արտադրել է 10 × 15 մմ2 β-Ga2O3MBE վեֆլեր: Դրանք ապահովում են բարձրորակ (010) կողմնորոշված ​​β-Ga2O3 միաբյուրեղային հիմքեր՝ 500 մկմ հաստությամբ և XRD FWHM-ով 150 արկային վայրկյանից ցածր: Հիմքը Sn-ով կամ Fe-ով լեգիրված է: Sn-ով լեգիրված հաղորդիչ հիմքն ունի 1E18-ից մինչև 9E18cm−3 լեգիրման կոնցենտրացիա, մինչդեռ երկաթով լեգիրված կիսամեկուսիչ հիմքն ունի 10E10 Ω սմ-ից բարձր դիմադրություն։

2.2 MOCVD մեթոդ

MOCVD-ն օգտագործում է մետաղական օրգանական միացություններ որպես նախորդ նյութեր՝ բարակ թաղանթներ աճեցնելու համար, այդպիսով հասնելով մեծածավալ առևտրային արտադրության: MOCVD մեթոդով Ga2O3 աճեցնելիս, որպես Ga աղբյուր սովորաբար օգտագործվում են տրիմեթիլգալիումը (TMGa), տրիէթիլգալիումը (TEGa) և Ga (դիպենտիլգլիկոլի ֆորմատ), մինչդեռ որպես թթվածնի աղբյուր օգտագործվում են H2O, O2 կամ N2O: Այս մեթոդով աճեցումը սովորաբար պահանջում է բարձր ջերմաստիճաններ (>800°C): Այս տեխնոլոգիան ունի կրիչների ցածր կոնցենտրացիայի և բարձր ու ցածր ջերմաստիճանների էլեկտրոնների շարժունակության հասնելու ներուժ, ուստի այն մեծ նշանակություն ունի բարձր արդյունավետությամբ β-Ga2O3 հզոր սարքերի իրականացման համար: MBE աճի մեթոդի համեմատ, MOCVD-ն առավելություն ունի β-Ga2O3 թաղանթների շատ բարձր աճի տեմպերի հասնելու՝ բարձր ջերմաստիճանային աճի և քիմիական ռեակցիաների առանձնահատկությունների շնորհիվ:

Նկար 7 β-Ga2O3 (010) AFM պատկեր

Նկար 8 β-Ga2O3։ μ-ի և Հոլի և ջերմաստիճանի միջոցով չափված շերտային դիմադրության միջև եղած կապը։

2.3 HVPE մեթոդ

HVPE-ն հասուն էպիտաքսիալ տեխնոլոգիա է և լայնորեն կիրառվել է III-V բարդ կիսահաղորդիչների էպիտաքսիալ աճեցման մեջ: HVPE-ն հայտնի է իր ցածր արտադրական արժեքով, արագ աճի տեմպով և բարձր թաղանթի հաստությամբ: Պետք է նշել, որ HVPEβ-Ga2O3-ը սովորաբար ցուցաբերում է կոպիտ մակերեսային ձևաբանություն և մակերեսային թերությունների ու փոսերի բարձր խտություն: Հետևաբար, սարքի արտադրությունից առաջ անհրաժեշտ են քիմիական և մեխանիկական հղկման գործընթացներ: β-Ga2O3 էպիտաքսիալ HVPE տեխնոլոգիան սովորաբար օգտագործում է գազային GaCl և O2 որպես նախորդներ՝ (001) β-Ga2O3 մատրիցի բարձր ջերմաստիճանային ռեակցիան խթանելու համար: Նկար 9-ը ցույց է տալիս էպիտաքսիալ թաղանթի մակերեսի վիճակը և աճի տեմպը՝ ջերմաստիճանի ֆունկցիայի տեսքով: Վերջին տարիներին Ճապոնիայի Novel Crystal Technology Inc.-ը զգալի առևտրային հաջողությունների է հասել HVPE հոմոէպիտաքսիալ β-Ga2O3-ի ոլորտում՝ 5-ից 10 մկմ էպիտաքսիալ շերտի հաստությամբ և 2 և 4 դյույմ վաֆլի չափսերով: Բացի այդ, առևտրայնացման փուլ են մտել նաև China Electronics Technology Group Corporation-ի կողմից արտադրված 20 մկմ հաստությամբ HVPE β-Ga2O3 հոմեոէպիտաքսիալ վեֆլերները։

Նկար 9՝ HVPE մեթոդ β-Ga2O3

2.4 PLD մեթոդ

PLD տեխնոլոգիան հիմնականում օգտագործվում է բարդ օքսիդային թաղանթների և հետերոկառուցվածքների նստեցման համար: PLD աճի գործընթացի ընթացքում ֆոտոնային էներգիան միանում է թիրախային նյութին էլեկտրոնային ճառագայթման գործընթացի միջոցով: Ի տարբերություն MBE-ի, PLD աղբյուրի մասնիկները ձևավորվում են չափազանց բարձր էներգիայով (>100 eV) լազերային ճառագայթմամբ և հետագայում նստեցվում են տաքացված հիմքի վրա: Այնուամենայնիվ, աբլացիայի գործընթացի ընթացքում որոշ բարձր էներգիայի մասնիկներ ուղղակիորեն կազդեն նյութի մակերեսի վրա՝ ստեղծելով կետային արատներ և այդպիսով նվազեցնելով թաղանթի որակը: MBE մեթոդի նման, RHEED-ը կարող է օգտագործվել նյութի մակերեսային կառուցվածքը և ձևաբանությունը իրական ժամանակում վերահսկելու համար PLD β-Ga2O3 նստեցման գործընթացի ընթացքում, թույլ տալով հետազոտողներին ճշգրիտ ստանալ աճի մասին տեղեկատվություն: PLD մեթոդը, ինչպես կանխատեսվում է, կաճեցնի բարձր հաղորդունակությամբ β-Ga2O3 թաղանթներ, ինչը այն կդարձնի Ga2O3 հզոր սարքերում օհմիկ շփման օպտիմալացված լուծում:

Նկար 10 Si-ով լեգիրված Ga2O3-ի AFM պատկերը

2.5 MIST-CVD մեթոդ

MIST-CVD-ն բարակ թաղանթի աճեցման համեմատաբար պարզ և ծախսարդյունավետ տեխնոլոգիա է: Այս CVD մեթոդը ներառում է ատոմացված նախորդի ցողման ռեակցիան հիմքի վրա՝ բարակ թաղանթի նստեցման համար: Այնուամենայնիվ, մինչ օրս, մշուշային CVD-ով աճեցված Ga2O3-ը դեռևս չունի լավ էլեկտրական հատկություններ, ինչը ապագայում մեծ տեղ է թողնում կատարելագործման և օպտիմալացման համար: