ოქსიდირებული მდგარი მარცვლეული და ეპიტაქსიალური ზრდის ტექნოლოგია-Ⅱ

3. ეპიტაქსიალური თხელი ფირის ზრდა
სუბსტრატი უზრუნველყოფს ფიზიკურ დამხმარე ფენას ან გამტარ ფენას Ga2O3 ენერგეტიკული მოწყობილობებისთვის.შემდეგი მნიშვნელოვანი ფენა არის არხის ფენა ან ეპიტაქსიალური ფენა, რომელიც გამოიყენება ძაბვის წინააღმდეგობისა და გადამზიდველის ტრანსპორტირებისთვის.ავარიული ძაბვის გაზრდის და გამტარობის წინააღმდეგობის შესამცირებლად, კონტროლირებადი სისქე და დოპინგ კონცენტრაცია, ისევე როგორც მასალის ოპტიმალური ხარისხი, წინაპირობაა.მაღალი ხარისხის Ga2O3 ეპიტაქსიალური შრეები, როგორც წესი, დეპონირდება მოლეკულური სხივის ეპიტაქსიის (MBE), ლითონის ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირების (MOCVD), ჰალოიდური ორთქლის დეპონირების (HVPE), იმპულსური ლაზერული დეპონირების (PLD) და ნისლის CVD-ზე დაფუძნებული დეპონირების ტექნიკის გამოყენებით.

ცხრილი 2 ზოგიერთი წარმომადგენლობითი ეპიტაქსიალური ტექნოლოგია

3.1 MBE მეთოდი
MBE ტექნოლოგია ცნობილია მაღალი ხარისხის, დეფექტების გარეშე β-Ga2O3 ფილმების გაზრდის უნარით კონტროლირებადი n-ტიპის დოპინგით მისი ულტრა მაღალი ვაკუუმური გარემოსა და მასალის მაღალი სისუფთავის გამო.შედეგად, ის გახდა ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდ შესწავლილი და პოტენციურად კომერციული β-Ga2O3 თხელი ფირის დეპონირების ტექნოლოგია.გარდა ამისა, MBE მეთოდმა ასევე წარმატებით მოამზადა მაღალი ხარისხის, დაბალი დოპირებული ჰეტეროსტრუქტურის β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 თხელი ფირის ფენა.MBE-ს შეუძლია რეალურ დროში აკონტროლოს ზედაპირის სტრუქტურა და მორფოლოგია ატომური შრის სიზუსტით, არეკვლის მაღალი ენერგიის ელექტრონების დიფრაქციის (RHEED) გამოყენებით.თუმცა, MBE ტექნოლოგიით გაზრდილი β-Ga2O3 ფილმები კვლავ მრავალი გამოწვევის წინაშე დგანან, როგორიცაა ზრდის დაბალი ტემპი და ფირის მცირე ზომა.კვლევამ აჩვენა, რომ ზრდის ტემპი იყო (010)>(001)>(−201)>(100) რიგის მიხედვით.ოდნავ Ga-ით მდიდარ პირობებში 650-დან 750°C-მდე, β-Ga2O3 (010) ავლენს ოპტიმალურ ზრდას გლუვი ზედაპირით და ზრდის მაღალი ტემპით.ამ მეთოდის გამოყენებით β-Ga2O3 ეპიტაქსია წარმატებით იქნა მიღწეული RMS უხეშობით 0,1 ნმ.β-Ga2O3 Ga-ით მდიდარ გარემოში, MBE ფილმები, რომლებიც გაიზარდა სხვადასხვა ტემპერატურაზე, ნაჩვენებია ფიგურაში.Novel Crystal Technology Inc.-მა წარმატებით დაამზადა ეპიტაქსიურად 10 × 15 მმ2 β-Ga2O3MBE ვაფლი.ისინი უზრუნველყოფენ მაღალი ხარისხის (010) ორიენტირებულ β-Ga2O3 ერთკრისტალურ სუბსტრატებს 500 μm სისქით და XRD FWHM 150 რკალი წამის ქვემოთ.სუბსტრატი არის დოპირებული Sn ან Fe დოპირებული.Sn-დოპირებული გამტარ სუბსტრატს აქვს დოპინგური კონცენტრაცია 1E18-დან 9E18cm−3-მდე, ხოლო რკინის დოპირებული ნახევრად საიზოლაციო სუბსტრატს აქვს 10E10 Ω სმ-ზე მაღალი წინაღობა.

3.2 MOCVD მეთოდი
MOCVD იყენებს ლითონის ორგანულ ნაერთებს, როგორც წინამორბედ მასალებს თხელი ფენების გასაშენებლად, რითაც მიიღწევა ფართომასშტაბიანი კომერციული წარმოება.Ga2O3 MOCVD მეთოდით გაზრდისას, ტრიმეთილგალიუმი (TMGa), ტრიეთილგალიუმი (TEGa) და Ga (დიპენტილ გლიკოლის ფორმატი) ჩვეულებრივ გამოიყენება Ga წყაროდ, ხოლო H2O, O2 ან N2O გამოიყენება ჟანგბადის წყაროდ.ამ მეთოდის გამოყენებით ზრდა ჩვეულებრივ მოითხოვს მაღალ ტემპერატურას (>800°C).ამ ტექნოლოგიას აქვს მატარებლის დაბალი კონცენტრაციის და მაღალი და დაბალი ტემპერატურის ელექტრონების მობილობის მიღწევის პოტენციალი, ამიტომ მას დიდი მნიშვნელობა აქვს მაღალი ხარისხის β-Ga2O3 დენის მოწყობილობების რეალიზაციისთვის.MBE ზრდის მეთოდთან შედარებით, MOCVD-ს აქვს უპირატესობა მიაღწიოს β-Ga2O3 ფილმების ზრდის ძალიან მაღალ ტემპებს, მაღალი ტემპერატურის ზრდისა და ქიმიური რეაქციების მახასიათებლების გამო.

სურათი 7 β-Ga2O3 (010) AFM გამოსახულება

სურათი 8 β-Ga2O3 ურთიერთობა μ- და ფურცლის წინააღმდეგობას შორის გაზომილი ჰოლისა და ტემპერატურით

3.3 HVPE მეთოდი
HVPE არის მომწიფებული ეპიტაქსიალური ტექნოლოგია და ფართოდ გამოიყენება III-V ნაერთი ნახევარგამტარების ეპიტაქსიალურ ზრდაში.HVPE ცნობილია წარმოების დაბალი ღირებულებით, სწრაფი ზრდის ტემპით და ფირის მაღალი სისქით.უნდა აღინიშნოს, რომ HVPEβ-Ga2O3 ჩვეულებრივ ავლენს უხეში ზედაპირის მორფოლოგიას და ზედაპირული დეფექტების და ორმოების მაღალ სიმკვრივეს.ამიტომ, მოწყობილობის წარმოებამდე საჭიროა ქიმიური და მექანიკური გასაპრიალებელი პროცესები.HVPE ტექნოლოგია β-Ga2O3 ეპიტაქსიისთვის ჩვეულებრივ იყენებს აირისებრ GaCl-ს და O2-ს, როგორც წინამორბედებს, რათა ხელი შეუწყოს (001) β-Ga2O3 მატრიცის მაღალტემპერატურულ რეაქციას.სურათი 9 გვიჩვენებს ეპიტაქსიური ფირის ზედაპირის მდგომარეობას და ზრდის ტემპს ტემპერატურის ფუნქციის მიხედვით.ბოლო წლებში იაპონურმა Novel Crystal Technology Inc.-მა მიაღწია მნიშვნელოვან კომერციულ წარმატებას HVPE ჰომეპიტაქსიალურ β-Ga2O3-ში, ეპიტაქსიალური ფენის სისქით 5-დან 10 მკმ-მდე და ვაფლის ზომებით 2 და 4 ინჩით.გარდა ამისა, 20 მკმ სისქის HVPE β-Ga2O3 ჰომეპიტაქსიური ვაფლები, რომლებიც წარმოებულია China Electronics Technology Group Corporation-ის მიერ, ასევე შევიდა კომერციალიზაციის ეტაპზე.

სურათი 9 HVPE მეთოდი β-Ga2O3

3.4 PLD მეთოდი
PLD ტექნოლოგია ძირითადად გამოიყენება რთული ოქსიდის ფილმებისა და ჰეტეროსტრუქტურების შესანახად.PLD ზრდის პროცესის დროს, ფოტონის ენერგია დაკავშირებულია სამიზნე მასალასთან ელექტრონის ემისიის პროცესის მეშვეობით.MBE-სგან განსხვავებით, PLD წყაროს ნაწილაკები წარმოიქმნება ლაზერული გამოსხივებით უკიდურესად მაღალი ენერგიით (>100 ევ) და შემდგომ დეპონირდება გაცხელებულ სუბსტრატზე.თუმცა, აბლაციის პროცესის დროს, ზოგიერთი მაღალი ენერგიის ნაწილაკი პირდაპირ გავლენას მოახდენს მასალის ზედაპირზე, ქმნის წერტილოვან დეფექტებს და ამით ამცირებს ფილმის ხარისხს.MBE მეთოდის მსგავსად, RHEED შეიძლება გამოყენებულ იქნას მასალის ზედაპირის სტრუქტურისა და მორფოლოგიის მონიტორინგისთვის რეალურ დროში PLD β-Ga2O3 დეპონირების პროცესის დროს, რაც მკვლევარებს საშუალებას აძლევს ზუსტად მიიღონ ზრდის ინფორმაცია.მოსალოდნელია, რომ PLD მეთოდი გაზრდის უაღრესად გამტარ β-Ga2O3 ფილმებს, რაც მას ოპტიმიზებულ ომურ კონტაქტურ გადაწყვეტად აქცევს Ga2O3 დენის მოწყობილობებში.

სურათი 10 Si დოპირებული Ga2O3-ის AFM სურათი

3.5 MIST-CVD მეთოდი
MIST-CVD არის შედარებით მარტივი და ეკონომიური თხელი ფირის ზრდის ტექნოლოგია.ეს CVD მეთოდი მოიცავს ატომიზებული წინამორბედის სუბსტრატზე შესხურების რეაქციას თხელი ფირის დეპონირების მისაღწევად.თუმცა, ჯერჯერობით, ნისლის CVD-ის გამოყენებით მოყვანილ Ga2O3-ს ჯერ კიდევ არ გააჩნია კარგი ელექტრული თვისებები, რაც დიდ ადგილს ტოვებს მომავალში გაუმჯობესებისა და ოპტიმიზაციისთვის.