2. Эпитаксиалды жұқа қабықшаның өсуі
Субстрат Ga2O3 қуат құрылғылары үшін физикалық тірек қабатын немесе өткізгіш қабатын қамтамасыз етеді. Келесі маңызды қабат - кернеуге төзімділік және тасымалдаушыларды тасымалдау үшін қолданылатын арна қабаты немесе эпитаксиалды қабат. Тесілу кернеуін арттыру және өткізгіштікке төзімділікті азайту үшін бақыланатын қалыңдық пен легирлеу концентрациясы, сондай-ақ материалдың оңтайлы сапасы кейбір алғышарттар болып табылады. Жоғары сапалы Ga2O3 эпитаксиалды қабаттары әдетте молекулалық сәулелік эпитакси (MBE), металл органикалық химиялық бу тұндыру (MOCVD), галогенид бу тұндыру (HVPE), импульсті лазерлік тұндыру (PLD) және тұман CVD негізіндегі тұндыру әдістерін қолдану арқылы тұндыру арқылы орналастырылады.
2-кесте. Эпитаксиалды технологиялардың кейбір типтік түрлері
2.1 MBE әдісі
MBE технологиясы ультра жоғары вакуумдық ортасы мен жоғары материал тазалығының арқасында басқарылатын n-типті легирлеу арқылы жоғары сапалы, ақаусыз β-Ga2O3 пленкаларын өсіру мүмкіндігімен танымал. Нәтижесінде, ол ең кеңінен зерттелген және әлеуетті түрде коммерцияландырылған β-Ga2O3 жұқа пленкалы тұндыру технологияларының біріне айналды. Сонымен қатар, MBE әдісі жоғары сапалы, төмен легирленген гетероқұрылымды β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 жұқа пленка қабатын сәтті дайындады. MBE шағылысу жоғары энергиялы электрон дифракциясын (RHEED) қолдану арқылы беткі құрылым мен морфологияны нақты уақыт режимінде атом қабатының дәлдігімен бақылай алады. Дегенмен, MBE технологиясын пайдаланып өсірілген β-Ga2O3 пленкалары әлі де төмен өсу қарқыны және кішкентай пленка өлшемі сияқты көптеген қиындықтарға тап болады. Зерттеу өсу қарқыны (010)>(001)>(−201)>(100) ретімен екенін анықтады. 650-ден 750°C-қа дейінгі аздап Ga-ға бай жағдайларда β-Ga2O3 (010) тегіс бетімен және жоғары өсу жылдамдығымен оңтайлы өсуді көрсетеді. Бұл әдісті қолдану арқылы β-Ga2O3 эпитаксиі 0,1 нм RMS кедір-бұдырлығымен сәтті жүзеге асырылды. β-Ga2O3 Ga-ға бай ортада әртүрлі температурада өсірілген MBE пленкалары суретте көрсетілген. Novel Crystal Technology Inc. компаниясы эпитаксиалды түрде 10 × 15 мм2 β-Ga2O3MBE пластиналарын сәтті шығарды. Олар қалыңдығы 500 мкм және 150 доғалық секундтан төмен XRD FWHM бар жоғары сапалы (010) бағытталған β-Ga2O3 монокристалды субстраттарын ұсынады. Субстрат Sn немесе Fe легирленген. Sn-легирленген өткізгіш субстраттың легирлеу концентрациясы 1E18-ден 9E18cm−3-ке дейін, ал темірмен легирленген жартылай оқшаулағыш субстраттың кедергісі 10E10 Ω см-ден жоғары.
2.2 MOCVD әдісі
MOCVD жұқа қабықшаларды өсіру үшін металл органикалық қосылыстарын прекурсорлық материалдар ретінде пайдаланады, осылайша ірі көлемде коммерциялық өндіріске қол жеткізеді. MOCVD әдісін қолданып Ga2O3 өсірген кезде, әдетте Ga көзі ретінде триметилгаллий (TMGa), триэтилгаллий (TEGa) және Ga (дипентилгликоль форматы) қолданылады, ал оттегі көзі ретінде H2O, O2 немесе N2O қолданылады. Бұл әдісті қолданып өсіру әдетте жоғары температураны (>800°C) қажет етеді. Бұл технология төмен тасымалдаушы концентрациясына және жоғары және төмен температурадағы электрондардың қозғалғыштығына қол жеткізу мүмкіндігіне ие, сондықтан ол жоғары өнімді β-Ga2O3 қуат құрылғыларын жүзеге асыру үшін үлкен маңызға ие. MBE өсіру әдісімен салыстырғанда, MOCVD жоғары температуралық өсу мен химиялық реакциялардың сипаттамаларына байланысты β-Ga2O3 қабықшаларының өте жоғары өсу қарқынына қол жеткізу артықшылығына ие.
7-сурет β-Ga2O3 (010) AFM кескіні
8-сурет β-Ga2O3 Холл және температура арқылы өлшенген μ мен парақ кедергісі арасындағы байланыс
2.3 HVPE әдісі
HVPE жетілген эпитаксиалды технология болып табылады және III-V қосылыс жартылай өткізгіштерінің эпитаксиалды өсуінде кеңінен қолданылады. HVPE өндірістік шығындарының төмендігімен, жылдам өсу жылдамдығымен және жоғары қабықша қалыңдығымен танымал. HVPEβ-Ga2O3 әдетте кедір-бұдыр беттік морфологияны және беттік ақаулар мен шұңқырлардың жоғары тығыздығын көрсететінін атап өткен жөн. Сондықтан құрылғыны шығармас бұрын химиялық және механикалық жылтырату процестері қажет. β-Ga2O3 эпитаксиіне арналған HVPE технологиясы әдетте (001) β-Ga2O3 матрицасының жоғары температуралық реакциясын ілгерілету үшін газ тәрізді GaCl және O2 прекурсорлары ретінде пайдаланады. 9-суретте эпитаксиалды қабықшаның беттік жағдайы мен өсу жылдамдығы температураға байланысты көрсетілген. Соңғы жылдары Жапонияның Novel Crystal Technology Inc. компаниясы эпитаксиалды қабат қалыңдығы 5-тен 10 мкм-ге дейін және пластина өлшемдері 2 және 4 дюйм болатын HVPE гомоэпитаксиалды β-Ga2O3 өндірісінде айтарлықтай коммерциялық табысқа жетті. Сонымен қатар, China Electronics Technology Group Corporation шығарған қалыңдығы 20 мкм HVPE β-Ga2O3 гомоэпитаксиалды пластиналары да коммерцияландыру кезеңіне өтті.
9-сурет HVPE β-Ga2O3 әдісі
2.4 PLD әдісі
PLD технологиясы негізінен күрделі оксидті қабықшалар мен гетероқұрылымдарды тұндыру үшін қолданылады. PLD өсу процесінде фотон энергиясы электронды эмиссия процесі арқылы нысана материалымен байланысады. MBE-ден айырмашылығы, PLD көзінің бөлшектері өте жоғары энергиямен (>100 эВ) лазерлік сәулелену арқылы түзіледі және кейіннен қыздырылған негізге тұндырылады. Дегенмен, абляция процесінде кейбір жоғары энергиялы бөлшектер материал бетіне тікелей әсер етеді, нүктелік ақаулар тудырады және осылайша қабықшаның сапасын төмендетеді. MBE әдісіне ұқсас, RHEED PLD β-Ga2O3 тұндыру процесі кезінде материалдың беткі құрылымы мен морфологиясын нақты уақыт режимінде бақылау үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл зерттеушілерге өсу туралы ақпаратты дәл алуға мүмкіндік береді. PLD әдісі жоғары өткізгіш β-Ga2O3 қабықшаларын өсіреді деп күтілуде, бұл оны Ga2O3 қуат құрылғыларында оңтайландырылған омдық байланыс шешіміне айналдырады.
10-сурет Si легирленген Ga2O3 AFM кескіні
2.5 MIST-CVD әдісі
MIST-CVD - салыстырмалы түрде қарапайым және үнемді жұқа қабықша өсіру технологиясы. Бұл CVD әдісі жұқа қабықша шөгіндісіне қол жеткізу үшін атомдалған прекурсорды субстратқа шашырату реакциясын қамтиды. Дегенмен, әзірге тұман CVD арқылы өсірілген Ga2O3 әлі де жақсы электрлік қасиеттерге ие емес, бұл болашақта жақсарту мен оңтайландыруға көп орын қалдырады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 30 мамыр