2. Þunnfilmuvöxtur í epitaxial
Undirlagið veitir efnislegt stuðningslag eða leiðandi lag fyrir Ga2O3 aflgjafatæki. Næsta mikilvæga lagið er rásarlagið eða epitaxiallagið sem notað er fyrir spennuviðnám og flutning burðarefna. Til að auka bilunarspennu og lágmarka leiðniviðnám eru stýranleg þykkt og lyfjaþéttni, sem og bestu gæði efnisins, nokkrar forsendur. Hágæða Ga2O3 epitaxiallög eru venjulega sett með sameindageislaútfellingu (MBE), málmlífrænum efnagufuútfellingum (MOCVD), halíðgufuútfellingu (HVPE), púlsuðum leysigeislaútfellingum (PLD) og þoku-CVD-byggðri útfellingartækni.
Tafla 2 Nokkrar dæmigerðar epitaxial tækni
2.1 MBE aðferð
MBE tækni er þekkt fyrir getu sína til að rækta hágæða, gallalausar β-Ga2O3 filmur með stýrðri n-gerð íblöndun vegna afarhás lofttæmisumhverfis og mikils hreinleika efnisins. Fyrir vikið hefur hún orðið ein af mest rannsökuðu og hugsanlega markaðssettu β-Ga2O3 þunnfilmuútfellingartækninum. Að auki hefur MBE aðferðin einnig tekist að framleiða hágæða, lág-íblönduð β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 þunnfilmulag. MBE getur fylgst með yfirborðsbyggingu og formgerð í rauntíma með nákvæmni frumeindalagsins með því að nota endurspeglunarorku rafeindadreifingu (RHEED). Hins vegar standa β-Ga2O3 filmur sem ræktaðar eru með MBE tækni enn frammi fyrir mörgum áskorunum, svo sem lágum vaxtarhraða og litlum filmustærð. Rannsóknin leiddi í ljós að vaxtarhraðinn var í stærðargráðunni (010)>(001)>(−201)>(100). Við örlítið Ga-ríkar aðstæður, 650 til 750°C, sýnir β-Ga2O3 (010) besta vöxt með sléttu yfirborði og miklum vaxtarhraða. Með þessari aðferð var náð fram β-Ga2O3 epitaxíu með RMS grófleika upp á 0,1 nm. β-Ga2O3 Í Ga-ríku umhverfi eru MBE filmur ræktaðar við mismunandi hitastig sýndar á myndinni. Novel Crystal Technology Inc. hefur með góðum árangri framleitt 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE skífur með epitaxíu. Þær bjóða upp á hágæða (010) stefnda β-Ga2O3 einkristalla undirlag með þykkt upp á 500 μm og XRD FWHM undir 150 bogasekúndum. Undirlagið er Sn-dópað eða Fe-dópað. Leiðandi undirlagið með Sn-dópi hefur dópunarþéttni upp á 1E18 til 9E18cm⁻³, en hálf-einangrandi undirlagið með járni hefur viðnám sem er hærra en 10E10 Ω cm⁻¹.
2.2 MOCVD aðferð
MOCVD notar málm-lífræn efnasambönd sem forveraefni til að rækta þunnar filmur og nær þannig fram stórfelldri viðskiptaframleiðslu. Þegar Ga2O3 er ræktað með MOCVD aðferðinni eru trímetýlgallíum (TMGa), tríetýlgallíum (TEGa) og Ga (dípentýl glýkólformat) venjulega notuð sem Ga uppspretta, en H2O, O2 eða N2O eru notuð sem súrefnisgjafi. Vöxtur með þessari aðferð krefst almennt mikils hitastigs (>800°C). Þessi tækni hefur möguleika á að ná lágum burðarstyrk og rafeindahreyfanleika við hátt og lágt hitastig, þannig að hún er mjög mikilvæg fyrir framkvæmd afkastamikilla β-Ga2O3 orkugjafa. Í samanburði við MBE vaxtaraðferðina hefur MOCVD þann kost að ná mjög miklum vaxtarhraða β-Ga2O3 filmu vegna eiginleika háhitavaxtar og efnahvarfa.
Mynd 7 β-Ga2O3 (010) AFM mynd
Mynd 8 β-Ga2O3 Sambandið milli μ og plötuviðnáms mælt með Hall og hitastigi
2.3 HVPE aðferð
HVPE er þroskuð epitaxial tækni og hefur verið mikið notuð í epitaxial vexti III-V efnasambanda hálfleiðara. HVPE er þekkt fyrir lágan framleiðslukostnað, hraðan vaxtarhraða og mikla filmuþykkt. Það skal tekið fram að HVPEβ-Ga2O3 sýnir venjulega grófa yfirborðsformgerð og mikla þéttleika yfirborðsgalla og hola. Þess vegna er nauðsynlegt að framkvæma efna- og vélræna fægingu áður en tækið er framleitt. HVPE tækni fyrir β-Ga2O3 epitaxia notar venjulega gaskennt GaCl og O2 sem forvera til að stuðla að háhitaviðbrögðum (001) β-Ga2O3 fylkisins. Mynd 9 sýnir yfirborðsástand og vaxtarhraða epitaxial filmunnar sem fall af hitastigi. Á undanförnum árum hefur japanska fyrirtækið Novel Crystal Technology Inc. náð verulegum viðskiptalegum árangri í HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, með epitaxial lagþykkt upp á 5 til 10 μm og skífustærðir upp á 2 og 4 tommur. Að auki hafa 20 μm þykkar HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial skífur, framleiddar af China Electronics Technology Group Corporation, einnig komist í markaðssetningu.
Mynd 9 HVPE aðferð β-Ga2O3
2.4 PLD aðferð
PLD-tækni er aðallega notuð til að setja flóknar oxíðfilmur og ósambyggðar byggingar. Í vaxtarferli PLD tengist ljóseindaorka við markefnið í gegnum rafeindaútgeislunarferlið. Ólíkt MBE eru PLD-uppsprettuagnir myndaðar með leysigeislun með afar mikilli orku (>100 eV) og síðan settar á hitað undirlag. Hins vegar, meðan á ablation-ferlinu stendur, munu sumar orkumiklar agnir hafa bein áhrif á yfirborð efnisins, sem veldur punktgöllum og dregur þannig úr gæðum filmunnar. Líkt og MBE-aðferðin er hægt að nota RHEED til að fylgjast með yfirborðsbyggingu og formgerð efnisins í rauntíma meðan á PLD β-Ga2O3 útfellingarferlinu stendur, sem gerir vísindamönnum kleift að fá nákvæmar upplýsingar um vöxt. PLD-aðferðin er talin geta ræktað mjög leiðandi β-Ga2O3 filmur, sem gerir hana að bjartsýni ómsk snertilausn í Ga2O3 aflgjafatækjum.
Mynd 10 AFM mynd af Si-dópuðu Ga2O3
2.5 MIST-CVD aðferð
MIST-CVD er tiltölulega einföld og hagkvæm þunnfilmuræktunartækni. Þessi CVD aðferð felur í sér að úða úðaðri forveraefni á undirlag til að ná fram þunnfilmuútfellingu. Hins vegar hefur Ga2O3 sem ræktað er með mist-CVD hingað til ekki haft góða rafmagnseiginleika, sem skilur eftir mikið svigrúm fyrir úrbætur og hagræðingu í framtíðinni.
Birtingartími: 30. maí 2024