2. Epitaktesch Dënnschichtwuesstum
De Substrat bitt eng kierperlech Ënnerstëtzungsschicht oder leetend Schicht fir Ga2O3-Energieversuergungsgeräter. Déi nächst wichteg Schicht ass d'Kanalschicht oder d'epitaxial Schicht, déi fir Spannungswiderstand an Trägertransport benotzt gëtt. Fir d'Duerchbrochspannung ze erhéijen an d'Leetungswiderstand ze minimiséieren, sinn eng kontrolléierbar Déckt an Dotierungskonzentratioun, souwéi eng optimal Materialqualitéit, e puer Viraussetzungen. Héichqualitativ Ga2O3-epitaxial Schichten ginn typescherweis mat Hëllef vun der Molekularstrahlepitaxie (MBE), der Metallorganescher chemescher Gasoflagerung (MOCVD), der Halogenidgasoflagerung (HVPE), der Pulslaseroflagerung (PLD) an den Oflagerungstechniken op Basis vu Niwwel-CVD ofgesat.
Tabelle 2 E puer representativ epitaktesch Technologien
2.1 MBE-Method
D'MBE-Technologie ass bekannt fir hir Fäegkeet, héichqualitativ, defektfräi β-Ga2O3-Filmer mat kontrolléierbarer n-Typ-Dotierung ze wuessen, wéinst hirem ultra-héijen Vakuumëmfeld an hirer héijer Materialreinheet. Dofir ass si zu enger vun den am wäitesten ënnersichten an potenziell kommerzialiséierten β-Ga2O3-Dënnschicht-Oflagerungstechnologien ginn. Zousätzlech huet d'MBE-Method och erfollegräich eng héichqualitativ, niddreg dotiert Heterostruktur-β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3-Dënnschicht hiergestallt. MBE kann d'Uewerflächenstruktur a Morphologie a Echtzäit mat atomarer Schichtpräzisioun iwwerwaachen andeems se Reflexiouns-Héichenergie-Elektrondiffraktioun (RHEED) benotzt. Wéi och ëmmer, β-Ga2O3-Filmer, déi mat der MBE-Technologie gewuess sinn, stinn nach ëmmer viru ville Erausfuerderungen, wéi zum Beispill eng niddreg Wuestumsquote a kleng Filmgréisst. D'Studie huet festgestallt, datt d'Wuestumsquote an der Gréisstenuerdnung vun (010)>(001)>(−201)>(100) louch. Ënner liicht Ga-räiche Konditioune vun 650 bis 750°C weist β-Ga2O3 (010) optimal Wuesstem mat enger glatter Uewerfläch an enger héijer Wuesstemsquote op. Mat dëser Method gouf β-Ga2O3 Epitaxie erfollegräich mat enger RMS-Rauheet vun 0,1 nm erreecht. β-Ga2O3 An enger Ga-räicher Ëmwelt sinn MBE-Filmer, déi bei verschiddenen Temperaturen ugebaut goufen, an der Figur gewisen. Novel Crystal Technology Inc. huet erfollegräich 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE-Waferen epitaktesch produzéiert. Si liwweren héichqualitativ (010) orientéiert β-Ga2O3 Eenkristallsubstrater mat enger Déckt vu 500 μm an XRD FWHM ënner 150 Bousekonnen. De Substrat ass mat Sn dotiéiert oder Fe dotiéiert. Dat mat Sn dotiert leitfäeg Substrat huet eng Dotierungskonzentratioun vun 1E18 bis 9E18cm−3, während dat mat Eisen dotiert hallefisoléierend Substrat e Widderstand huet, deen méi héich ass wéi 10E10 Ω cm.
2.2 MOCVD-Method
MOCVD benotzt metallorganesch Verbindungen als Virleefermaterialien fir dënn Schichten ze wuessen, wouduerch eng grouss kommerziell Produktioun erreecht gëtt. Beim Wuesstum vu Ga2O3 mat der MOCVD-Method ginn normalerweis Trimethylgallium (TMGa), Triethylgallium (TEGa) a Ga (Dipentylglycolformat) als Ga-Quell benotzt, während H2O, O2 oder N2O als Sauerstoffquell benotzt ginn. D'Wuesstum mat dëser Method erfuerdert normalerweis héich Temperaturen (>800°C). Dës Technologie huet de Potenzial fir eng niddreg Trägerkonzentratioun an eng héich an niddreg Temperatur Elektronemobilitéit z'erreechen, dofir ass se vu grousser Bedeitung fir d'Realisatioun vun héichperformante β-Ga2O3-Energiegeräter. Am Verglach mat der MBE-Wuesstumsmethod huet MOCVD de Virdeel, ganz héich Wuessraten vu β-Ga2O3-Filmer z'erreechen, wéinst de Charakteristike vum Héichtemperaturwuesstum a chemesche Reaktiounen.
Figur 7 β-Ga2O3 (010) AFM Bild
Figur 8 β-Ga2O3 D'Bezéiung tëscht μ an dem Plackewidderstand, gemooss duerch Hall an Temperatur
2.3 HVPE-Method
HVPE ass eng ausgereift epitaktesch Technologie a gëtt wäit verbreet beim epitaktischen Wuesstum vun III-V-Verbindungshallefleeder benotzt. HVPE ass bekannt fir seng niddreg Produktiounskäschten, séier Wuesstumsquote an héich Filmdicke. Et sollt een drop hiweisen, datt HVPEβ-Ga2O3 normalerweis eng rauh Uewerflächenmorphologie an eng héich Dicht vun Uewerflächendefekter a Lächer weist. Dofir sinn chemesch a mechanesch Polierprozesser virun der Fabrikatioun vum Apparat noutwendeg. D'HVPE-Technologie fir β-Ga2O3-Epitaxie benotzt normalerweis gasfërmeg GaCl an O2 als Virleefer fir d'Héichtemperaturreaktioun vun der (001) β-Ga2O3-Matrix ze fërderen. Figur 9 weist den Uewerflächenzoustand an d'Wuesstumsquote vum epitaktischen Film als Funktioun vun der Temperatur. An de leschte Joren huet déi japanesch Firma Novel Crystal Technology Inc. bedeitende kommerziellen Erfolleg am HVPE-Homoepitaxialen β-Ga2O3 erreecht, mat epitaktischen Schichtdicken vu 5 bis 10 μm a Wafergréissten vun 2 an 4 Zoll. Zousätzlech sinn och 20 μm déck HVPE β-Ga2O3 Homoepitaxial-Waferen, déi vun der China Electronics Technology Group Corporation produzéiert ginn, an d'Kommerzialiséierungsphase agaangen.
Figur 9 HVPE-Method β-Ga2O3
2.4 PLD-Method
D'PLD-Technologie gëtt haaptsächlech benotzt fir komplex Oxidfilmer an Heterostrukturen ofzesetzen. Wärend dem PLD-Wuesstumsprozess gëtt Photonenenergie duerch den Elektronemissiounsprozess mam Zilmaterial gekoppelt. Am Géigesaz zu MBE ginn PLD-Quellpartikelen duerch Laserstralung mat extrem héijer Energie (>100 eV) geformt an duerno op engem erhëtzte Substrat ofgesat. Wärend dem Ablatiounsprozess wäerten awer e puer héichenergetesch Partikelen direkt d'Materialuewerfläch beaflossen, wouduerch Punktdefekter entstinn an doduerch d'Qualitéit vum Film reduzéiert gëtt. Ähnlech wéi d'MBE-Method kann RHEED benotzt ginn fir d'Uewerflächenstruktur a Morphologie vum Material a Echtzäit während dem PLD β-Ga2O3-Oflagerungsprozess ze iwwerwaachen, sou datt d'Fuerscher präzis Wuesstumsinformatioune kréien. Et gëtt erwaart, datt d'PLD-Method héich leetfäeg β-Ga2O3-Filmer wuessen léisst, wat se zu enger optiméierter ohmscher Kontaktléisung a Ga2O3-Energiegeräter mécht.
Figur 10 AFM-Bild vu Si-dotiertem Ga2O3
2.5 MIST-CVD Method
MIST-CVD ass eng relativ einfach an kosteneffektiv Dënnschichtwachstumstechnologie. Dës CVD-Method besteet doran, en atomiséierte Virgänger op e Substrat ze sprëtzen, fir eng Dënnschichtoflagerung z'erreechen. Bis elo feelt et awer un Ga2O3, dat mat MIST-CVD ugebaut gëtt, un gudden elektreschen Eegeschaften, wat vill Spillraum fir Verbesserungen an Optimiséierungen an der Zukunft léisst.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 30. Mee 2024