2. Pertumbuhan film tipis epitaksial
Substrat kasebut nyedhiyakake lapisan dhukungan fisik utawa lapisan konduktif kanggo piranti daya Ga2O3. Lapisan penting sabanjure yaiku lapisan saluran utawa lapisan epitaksial sing digunakake kanggo resistensi voltase lan transportasi pembawa. Kanggo nambah voltase breakdown lan nyuda resistensi konduksi, kekandelan sing bisa dikontrol lan konsentrasi doping, uga kualitas bahan sing optimal, minangka sawetara prasyarat. Lapisan epitaksial Ga2O3 sing berkualitas tinggi biasane diendapkan nggunakake epitaksi sinar molekul (MBE), deposisi uap kimia organik logam (MOCVD), deposisi uap halida (HVPE), deposisi laser berdenyut (PLD), lan teknik deposisi adhedhasar CVD kabut.
Tabel 2 Sawetara teknologi epitaksial sing representatif
2.1 Metode MBE
Teknologi MBE misuwur amarga kemampuane kanggo nuwuhake film β-Ga2O3 sing berkualitas tinggi lan bebas cacat kanthi doping tipe-n sing bisa dikontrol amarga lingkungan vakum sing ultra-dhuwur lan kemurnian bahan sing dhuwur. Akibate, iki dadi salah sawijining teknologi deposisi film tipis β-Ga2O3 sing paling akeh ditliti lan duweni potensi komersialisasi. Kajaba iku, metode MBE uga kasil nyiyapake lapisan film tipis β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 heterostruktur sing berkualitas tinggi lan didoping rendah. MBE bisa ngawasi struktur lan morfologi permukaan kanthi wektu nyata kanthi presisi lapisan atom kanthi nggunakake difraksi elektron energi tinggi refleksi (RHEED). Nanging, film β-Ga2O3 sing ditandur nggunakake teknologi MBE isih ngadhepi akeh tantangan, kayata tingkat pertumbuhan sing rendah lan ukuran film sing cilik. Panliten kasebut nemokake manawa tingkat pertumbuhan ana ing urutan (010)>(001)>(−201)>(100). Ing kahanan sing rada sugih Ga yaiku 650 nganti 750°C, β-Ga2O3 (010) nuduhake wutah optimal kanthi permukaan sing alus lan tingkat wutah sing dhuwur. Nggunakake metode iki, epitaksi β-Ga2O3 kasil digayuh kanthi kekasaran RMS 0,1 nm. β-Ga2O3 Ing lingkungan sing sugih Ga, film MBE sing ditandur ing suhu sing beda-beda dituduhake ing gambar. Novel Crystal Technology Inc. wis kasil ngasilake wafer 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE kanthi epitaksi. Wafer iki nyedhiyakake substrat kristal tunggal β-Ga2O3 sing berorientasi (010) kanthi kekandelan 500 μm lan XRD FWHM ing ngisor 150 detik busur. Substrat kasebut didoping Sn utawa didoping Fe. Substrat konduktif sing didoping Sn nduweni konsentrasi doping 1E18 nganti 9E18cm−3, dene substrat semi-insulasi sing didoping wesi nduweni resistivitas sing luwih dhuwur tinimbang 10E10 Ω cm.
2.2 Metode MOCVD
MOCVD migunakaké senyawa organik logam minangka bahan prekursor kanggo nuwuhaké film tipis, saéngga bisa nggawé produksi komersial skala gedhé. Nalika nuwuhaké Ga2O3 nggunakaké metode MOCVD, trimetilgalium (TMGa), trietilgalium (TEGa) lan Ga (dipentil glikol format) biasane digunakaké minangka sumber Ga, déné H2O, O2 utawa N2O digunakaké minangka sumber oksigen. Tuwuhan nggunakaké metode iki umumé mbutuhaké suhu dhuwur (>800°C). Teknologi iki nduwèni potensi kanggo nggayuh konsentrasi pembawa sing cendhèk lan mobilitas elektron suhu dhuwur lan cendhèk, saéngga nduwèni makna sing gedhé kanggo nggawé piranti daya β-Ga2O3 kanthi kinerja dhuwur. Dibandhingaké karo metode pertumbuhan MBE, MOCVD nduwèni kaunggulan kanggo nggayuh tingkat pertumbuhan film β-Ga2O3 sing dhuwur banget amarga karakteristik pertumbuhan suhu dhuwur lan reaksi kimia.
Gambar 7 β-Ga2O3 (010) gambar AFM
Gambar 8 β-Ga2O3 Hubungan antarane μ lan resistensi lembaran sing diukur nganggo Hall lan suhu
2.3 Metode HVPE
HVPE minangka teknologi epitaksial sing wis diwasa lan wis digunakake sacara wiyar ing pertumbuhan epitaksial semikonduktor senyawa III-V. HVPE dikenal amarga biaya produksi sing murah, tingkat pertumbuhan sing cepet, lan kekandelan film sing dhuwur. Perlu dicathet yen HVPEβ-Ga2O3 biasane nuduhake morfologi permukaan kasar lan kapadhetan cacat lan bolongan permukaan sing dhuwur. Mulane, proses polesan kimia lan mekanik dibutuhake sadurunge nggawe piranti kasebut. Teknologi HVPE kanggo epitaksi β-Ga2O3 biasane nggunakake gas GaCl lan O2 minangka prekursor kanggo ningkatake reaksi suhu dhuwur saka matriks (001) β-Ga2O3. Gambar 9 nuduhake kondisi permukaan lan tingkat pertumbuhan film epitaksial minangka fungsi suhu. Ing taun-taun pungkasan, Novel Crystal Technology Inc. Jepang wis entuk sukses komersial sing signifikan ing HVPE homoepitaksial β-Ga2O3, kanthi kekandelan lapisan epitaksial 5 nganti 10 μm lan ukuran wafer 2 lan 4 inci. Saliyané iku, wafer homoepitaxial HVPE β-Ga2O3 kandel 20 μm sing diprodhuksi déning China Electronics Technology Group Corporation uga wis mlebu tahap komersialisasi.
Gambar 9 Metode HVPE β-Ga2O3
2.4 Metode PLD
Teknologi PLD utamane digunakake kanggo nyimpen film oksida kompleks lan heterostruktur. Sajrone proses pertumbuhan PLD, energi foton digandhengake karo materi target liwat proses emisi elektron. Beda karo MBE, partikel sumber PLD dibentuk dening radiasi laser kanthi energi sing dhuwur banget (>100 eV) lan banjur disimpen ing substrat sing digawe panas. Nanging, sajrone proses ablasi, sawetara partikel energi dhuwur bakal langsung mengaruhi permukaan materi, nggawe cacat titik lan kanthi mangkono nyuda kualitas film. Padha karo metode MBE, RHEED bisa digunakake kanggo ngawasi struktur permukaan lan morfologi materi kanthi wektu nyata sajrone proses deposisi PLD β-Ga2O3, sing ngidini para peneliti entuk informasi pertumbuhan kanthi akurat. Metode PLD diarepake bakal nuwuhake film β-Ga2O3 sing konduktif banget, dadi solusi kontak ohmik sing dioptimalake ing piranti daya Ga2O3.
Gambar 10 Gambar AFM saka Ga2O3 sing didoping Si
2.5 Metode MIST-CVD
MIST-CVD minangka teknologi pertumbuhan film tipis sing relatif prasaja lan efektif biaya. Metode CVD iki nglibatake reaksi nyemprotake prekursor sing diatomisasi menyang substrat kanggo entuk deposisi film tipis. Nanging, nganti saiki, Ga2O3 sing ditandur nggunakake CVD kabut isih kurang sifat listrik sing apik, sing isih akeh ruang kanggo perbaikan lan optimalisasi ing mangsa ngarep.
Wektu kiriman: 30 Mei 2024