2. Эпитаксиалдык жука пленканын өсүшү
Субстрат Ga2O3 кубат берүүчү түзүлүштөрү үчүн физикалык колдоо катмарын же өткөргүч катмарды камсыз кылат. Кийинки маанилүү катмар - чыңалууга туруктуулук жана алып жүрүүчүлөрдүн ташуу үчүн колдонулган канал катмары же эпитаксиалдык катмар. Бузулуунун чыңалышын жогорулатуу жана өткөргүчтүккө туруктуулукту минималдаштыруу үчүн, башкарылуучу калыңдыгы жана легирлөө концентрациясы, ошондой эле материалдын оптималдуу сапаты бир катар зарыл шарттар болуп саналат. Жогорку сапаттагы Ga2O3 эпитаксиалдык катмарлары, адатта, молекулярдык нур эпитакси (MBE), металл органикалык химиялык буу чөктүрүү (MOCVD), галогенид буу чөктүрүү (HVPE), импульстук лазер чөктүрүү (PLD) жана туман CVD негизиндеги чөктүрүү ыкмаларын колдонуу менен чөктүрүлөт.
2-таблица. Эпитаксиалдык технологиялардын айрымдары
2.1 MBE ыкмасы
MBE технологиясы өтө жогорку вакуумдук чөйрөсү жана жогорку материалдык тазалыгы аркасында башкарылуучу n-типтеги легирлөө менен жогорку сапаттагы, кемчиликсиз β-Ga2O3 пленкаларын өстүрүү жөндөмү менен белгилүү. Натыйжада, ал эң кеңири изилденген жана потенциалдуу түрдө коммерциялаштырылган β-Ga2O3 жука пленкасын жайгаштыруу технологияларынын бирине айланды. Мындан тышкары, MBE ыкмасы жогорку сапаттагы, аз легирленген гетероструктуралуу β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 жука пленка катмарын да ийгиликтүү даярдады. MBE жогорку энергиялуу чагылышуу электрон дифракциясын (RHEED) колдонуу менен атомдук катмардын тактыгы менен реалдуу убакыт режиминде беттик түзүлүштү жана морфологияны көзөмөлдөй алат. Бирок, MBE технологиясын колдонуп өстүрүлгөн β-Ga2O3 пленкалары дагы эле төмөн өсүү темпи жана кичинекей пленканын өлчөмү сыяктуу көптөгөн кыйынчылыктарга туш болууда. Изилдөө өсүү темпи (010)>(001)>(−201)>(100) тартибинде экенин көрсөттү. 650дөн 750°Cге чейинки бир аз Ga бай шарттарда β-Ga2O3 (010) жылмакай бети жана жогорку өсүү ылдамдыгы менен оптималдуу өсүштү көрсөтөт. Бул ыкманы колдонуу менен β-Ga2O3 эпитаксиясы 0,1 нм RMS оройлугу менен ийгиликтүү жетишилди. β-Ga2O3 Ga бай чөйрөдө ар кандай температурада өстүрүлгөн MBE пленкалары сүрөттө көрсөтүлгөн. Novel Crystal Technology Inc. компаниясы эпитаксиалдык түрдө 10 × 15 мм2 β-Ga2O3MBE пластиналарын ийгиликтүү өндүрдү. Алар 500 мкм калыңдыктагы жана 150 дого секундадан төмөн XRD FWHM менен жогорку сапаттагы (010) багытталган β-Ga2O3 монокристалл субстраттарын камсыз кылат. Субстрат Sn кошулган же Fe кошулган. Sn менен легирленген өткөргүч субстраттын легирлөө концентрациясы 1E18ден 9E18cm−3кө чейин, ал эми темир менен легирленген жарым изоляциялык субстраттын каршылыгы 10E10 Ω cm-ден жогору.
2.2 MOCVD ыкмасы
MOCVD жука пленкаларды өстүрүү үчүн металл органикалык кошулмаларын прекурсордук материалдар катары колдонот, ошону менен ири көлөмдөгү коммерциялык өндүрүшкө жетишет. MOCVD ыкмасын колдонуп Ga2O3 өстүрүүдө, адатта, Ga булагы катары триметилгаллий (TMGa), триэтилгаллий (TEGa) жана Ga (дипентилгликоль форматы) колдонулат, ал эми кычкылтек булагы катары H2O, O2 же N2O колдонулат. Бул ыкманы колдонуу менен өстүрүү үчүн, адатта, жогорку температура (>800°C) талап кылынат. Бул технология төмөн ташуучу концентрацияга жана жогорку жана төмөнкү температурадагы электрондордун кыймылдуулугуна жетүү мүмкүнчүлүгүнө ээ, андыктан ал жогорку өндүрүмдүү β-Ga2O3 кубаттуу түзүлүштөрүн ишке ашыруу үчүн чоң мааниге ээ. MBE өстүрүү ыкмасы менен салыштырганда, MOCVD жогорку температурадагы өсүү жана химиялык реакциялардын мүнөздөмөлөрүнөн улам β-Ga2O3 пленкаларынын өтө жогорку өсүү темптерине жетүү артыкчылыгына ээ.
7-сүрөт β-Ga2O3 (010) AFM сүрөтү
8-сүрөт β-Ga2O3. Холл жана температура менен өлчөнгөн μ жана барактын каршылыгынын ортосундагы байланыш.
2.3 HVPE ыкмасы
HVPE жетилген эпитаксиалдык технология болуп саналат жана III-V кошулма жарым өткөргүчтөрдүн эпитаксиалдык өсүшүндө кеңири колдонулуп келет. HVPE өндүрүшүнүн төмөн наркы, тез өсүү ылдамдыгы жана жогорку пленканын калыңдыгы менен белгилүү. Белгилей кетүүчү нерсе, HVPEβ-Ga2O3 көбүнчө орой беттик морфологияны жана беттик кемчиликтердин жана чуңкурлардын жогорку тыгыздыгын көрсөтөт. Ошондуктан, түзмөктү өндүрүүдөн мурун химиялык жана механикалык жылтыратуу процесстери талап кылынат. β-Ga2O3 эпитаксиясы үчүн HVPE технологиясы, адатта, (001) β-Ga2O3 матрицасынын жогорку температурадагы реакциясын илгерилетүү үчүн газ түрүндөгү GaCl жана O2 прекурсорлору катары колдонулат. 9-сүрөттө эпитаксиалдык пленканын беттик абалы жана өсүү ылдамдыгы температуранын функциясы катары көрсөтүлгөн. Акыркы жылдары Жапониянын Novel Crystal Technology Inc. компаниясы эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы 5тен 10 мкмге чейин жана пластинанын өлчөмдөрү 2 жана 4 дюйм болгон HVPE гомеопитаксиалдык β-Ga2O3 өндүрүшүндө олуттуу коммерциялык ийгиликтерге жетишти. Мындан тышкары, China Electronics Technology Group Corporation тарабынан чыгарылган 20 мкм калыңдыктагы HVPE β-Ga2O3 гомоэпитаксиалдык пластиналары да коммерциялаштыруу этабына кирди.
9-сүрөт. HVPE ыкмасы β-Ga2O3
2.4 PLD ыкмасы
PLD технологиясы негизинен татаал кычкыл пленкаларды жана гетероструктураларды жайгаштыруу үчүн колдонулат. PLD өсүү процессинде фотон энергиясы электрондук эмиссия процесси аркылуу максаттуу материалга туташат. MBEден айырмаланып, PLD булагы бөлүкчөлөрү өтө жогорку энергиялуу (>100 эВ) лазердик нурлануу менен пайда болот жана андан кийин ысытылган субстратка жайгаштырылат. Бирок, абляция процессинде кээ бир жогорку энергиялуу бөлүкчөлөр материалдын бетине түздөн-түз таасир этип, чекиттик кемчиликтерди жаратат жана ошону менен пленканын сапатын төмөндөтөт. MBE ыкмасына окшош, RHEED PLD β-Ga2O3 жайгаштыруу процессинде материалдын беттик түзүлүшүн жана морфологиясын реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөө үчүн колдонулушу мүмкүн, бул изилдөөчүлөргө өсүү маалыматын так алууга мүмкүндүк берет. PLD ыкмасы жогорку өткөргүч β-Ga2O3 пленкаларын өстүрөт деп күтүлүүдө, бул аны Ga2O3 кубаттуу түзүлүштөрүндө оптималдаштырылган омдук байланыш чечимине айлантат.
10-сүрөт. Si кошулган Ga2O3 агымынын AFM сүрөтү.
2.5 MIST-CVD ыкмасы
MIST-CVD – бул салыштырмалуу жөнөкөй жана үнөмдүү жука пленка өстүрүү технологиясы. Бул CVD ыкмасы жука пленка чөкмөсүнө жетүү үчүн атомдоштурулган прекурсорду субстратка чачуу реакциясын камтыйт. Бирок, азырынча тумандуу CVD колдонуп өстүрүлгөн Ga2O3 дагы эле жакшы электрдик касиеттерге ээ эмес, бул келечекте жакшыртуу жана оптималдаштыруу үчүн көп мүмкүнчүлүк калтырат.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 30-майы