ເຕັກໂນໂລຊີການເຕີບໃຫຍ່ຂອງເມັດພືດທີ່ຢືນຢູ່ໄດ້ອອກຊິໄດ ແລະ epitaxial - II

2. ການເຕີບໂຕຂອງຟິມບາງໆ Epitaxial

ຊັ້ນຮອງພື້ນໃຫ້ຊັ້ນຮອງຮັບທາງກາຍະພາບ ຫຼື ຊັ້ນນຳໄຟຟ້າສຳລັບອຸປະກອນພະລັງງານ Ga2O3. ຊັ້ນທີ່ສຳຄັນຕໍ່ໄປແມ່ນຊັ້ນຊ່ອງທາງ ຫຼື ຊັ້ນ epitaxial ທີ່ໃຊ້ສຳລັບຄວາມຕ້ານທານແຮງດັນ ແລະ ການຂົນສົ່ງຂອງຕົວນຳ. ເພື່ອເພີ່ມແຮງດັນໄຟຟ້າແຕກຫັກ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານການນຳໄຟຟ້າ, ຄວາມໜາທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ ແລະ ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມ, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບຄຸນນະພາບຂອງວັດສະດຸທີ່ດີທີ່ສຸດ, ແມ່ນບາງສິ່ງທີ່ຕ້ອງມີກ່ອນ. ຊັ້ນ epitaxial Ga2O3 ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງມັກຈະຖືກຝາກໂດຍໃຊ້ epitaxy ລຳແສງໂມເລກຸນ (MBE), ການວາງໄອເຄມີອິນຊີໂລຫະ (MOCVD), ການວາງໄອ halide (HVPE), ການວາງເລເຊີແບບ pulsed laser (PLD), ແລະ ເຕັກນິກການວາງໂດຍອີງໃສ່ fog CVD.

ຕາຕະລາງທີ 2 ເຕັກໂນໂລຊີ epitaxial ຕົວແທນບາງຢ່າງ

2.1 ວິທີການ MBE

ເຕັກໂນໂລຊີ MBE ມີຊື່ສຽງໃນດ້ານຄວາມສາມາດໃນການປູກຟິມ β-Ga2O3 ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, ບໍ່ມີຂໍ້ບົກຜ່ອງ ດ້ວຍການເສີມ n-type ທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ ເນື່ອງຈາກສະພາບແວດລ້ອມສູນຍາກາດທີ່ສູງຫຼາຍ ແລະ ຄວາມບໍລິສຸດຂອງວັດສະດຸສູງ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນໄດ້ກາຍເປັນໜຶ່ງໃນເຕັກໂນໂລຊີການວາງຟິມບາງ β-Ga2O3 ທີ່ໄດ້ຮັບການສຶກສາຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດ ແລະ ມີທ່າແຮງທີ່ຈະນຳໄປໃຊ້ໃນການຄ້າ. ນອກຈາກນັ້ນ, ວິທີການ MBE ຍັງໄດ້ກະກຽມຊັ້ນຟິມບາງ β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, ມີການເພີ່ມໂດບຕ່ຳຢ່າງສຳເລັດຜົນ. MBE ສາມາດຕິດຕາມກວດກາໂຄງສ້າງພື້ນຜິວ ແລະ ຮູບຮ່າງໃນເວລາຈິງດ້ວຍຄວາມແມ່ນຍຳຂອງຊັ້ນປະລໍາມະນູໂດຍການໃຊ້ການກະຈາຍເອເລັກຕຣອນພະລັງງານສູງແບບສະທ້ອນ (RHEED). ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຟິມ β-Ga2O3 ທີ່ປູກໂດຍໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີ MBE ຍັງປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍຫຼາຍຢ່າງ, ເຊັ່ນ: ອັດຕາການເຕີບໂຕຕໍ່າ ແລະ ຂະໜາດຟິມນ້ອຍ. ການສຶກສາພົບວ່າອັດຕາການເຕີບໂຕແມ່ນຢູ່ໃນລຳດັບ (010)>(001)>(−201)>(100). ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ອຸດົມດ້ວຍ Ga ເລັກນ້ອຍທີ່ 650 ຫາ 750°C, β-Ga2O3 (010) ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການເຕີບໂຕທີ່ດີທີ່ສຸດດ້ວຍພື້ນຜິວທີ່ລຽບ ແລະ ອັດຕາການເຕີບໂຕສູງ. ໂດຍການໃຊ້ວິທີການນີ້, epitaxy β-Ga2O3 ໄດ້ບັນລຸຜົນສຳເລັດດ້ວຍຄວາມຫຍາບ RMS 0.1 nm. β-Ga2O3 ໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ອຸດົມດ້ວຍ Ga, ຟິມ MBE ທີ່ປູກໃນອຸນຫະພູມທີ່ແຕກຕ່າງກັນແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ. ບໍລິສັດ Novel Crystal Technology Inc. ໄດ້ຜະລິດເວເຟີ β-Ga2O3MBE ຂະໜາດ 10 × 15mm2 ດ້ວຍການ epitaxially. ພວກມັນສະໜອງຊັ້ນໃຕ້ດິນ β-Ga2O3 ທີ່ມີທິດທາງ (010) ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງທີ່ມີຄວາມໜາ 500 μm ແລະ XRD FWHM ຕ່ຳກວ່າ 150 arc seconds. ຊັ້ນໃຕ້ດິນແມ່ນປະສົມ Sn ຫຼື ປະສົມ Fe. ຊັ້ນຮອງທີ່ນຳໄຟຟ້າໄດ້ດ້ວຍ Sn ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງການເສີມດ້ວຍ 1E18 ຫາ 9E18cm−3, ໃນຂະນະທີ່ຊັ້ນຮອງທີ່ເສີມດ້ວຍທາດເຫຼັກມີຄວາມຕ້ານທານສູງກວ່າ 10E10 Ω cm.

2.2 ວິທີການ MOCVD

MOCVD ໃຊ້ສານປະກອບໂລຫະອິນຊີເປັນວັດສະດຸຕົ້ນກຳເນີດເພື່ອປູກຟິມບາງໆ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງບັນລຸການຜະລິດທາງການຄ້າຂະໜາດໃຫຍ່. ເມື່ອປູກ Ga2O3 ໂດຍໃຊ້ວິທີ MOCVD, trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) ແລະ Ga (dipentyl glycol formate) ມັກຈະຖືກໃຊ້ເປັນແຫຼ່ງ Ga, ໃນຂະນະທີ່ H2O, O2 ຫຼື N2O ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນແຫຼ່ງອົກຊີເຈນ. ການເຕີບໂຕໂດຍໃຊ້ວິທີນີ້ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວຕ້ອງການອຸນຫະພູມສູງ (>800°C). ເທັກໂນໂລຢີນີ້ມີທ່າແຮງທີ່ຈະບັນລຸຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງພາຫະນະຕໍ່າ ແລະ ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນທີ່ອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ຕໍ່າ, ສະນັ້ນມັນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ການຮັບຮູ້ອຸປະກອນພະລັງງານ β-Ga2O3 ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບວິທີການເຕີບໂຕ MBE, MOCVD ມີຂໍ້ໄດ້ປຽບໃນການບັນລຸອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງຟິມ β-Ga2O3 ທີ່ສູງຫຼາຍເນື່ອງຈາກລັກສະນະຂອງການເຕີບໂຕທີ່ອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ປະຕິກິລິຍາເຄມີ.

ຮູບ 7 β-Ga2O3 (010) ຮູບ AFM

ຮູບທີ 8 β-Ga2O3 ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງ μ ແລະ ຄວາມຕ້ານທານຂອງແຜ່ນທີ່ວັດແທກໂດຍ Hall ແລະ ອຸນຫະພູມ

2.3 ວິທີການ HVPE

HVPE ເປັນເຕັກໂນໂລຊີ epitaxial ທີ່ເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່ ແລະ ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການເຕີບໂຕ epitaxial ຂອງເຄິ່ງຕົວນໍາປະສົມ III-V. HVPE ແມ່ນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກສໍາລັບຕົ້ນທຶນການຜະລິດຕໍ່າ, ອັດຕາການເຕີບໂຕໄວ, ແລະ ຄວາມໜາຂອງຟິມສູງ. ຄວນສັງເກດວ່າ HVPEβ-Ga2O3 ມັກຈະສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບຮ່າງພື້ນຜິວທີ່ຫຍາບຄາຍ ແລະ ຄວາມໜາແໜ້ນສູງຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງ ແລະ ຂຸມພື້ນຜິວ. ດັ່ງນັ້ນ, ຂະບວນການຂັດເງົາທາງເຄມີ ແລະ ກົນຈັກແມ່ນຈໍາເປັນກ່ອນທີ່ຈະຜະລິດອຸປະກອນ. ເຕັກໂນໂລຊີ HVPE ສໍາລັບ epitaxy β-Ga2O3 ມັກຈະໃຊ້ GaCl ແລະ O2 ທີ່ເປັນອາຍແກັສເປັນຕົວຕັ້ງຕົ້ນເພື່ອສົ່ງເສີມປະຕິກິລິຍາອຸນຫະພູມສູງຂອງແມັດຕຣິກ (001) β-Ga2O3. ຮູບທີ 9 ສະແດງໃຫ້ເຫັນສະພາບພື້ນຜິວ ແລະ ອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງຟິມ epitaxial ເປັນຫນ້າທີ່ຂອງອຸນຫະພູມ. ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ບໍລິສັດ Novel Crystal Technology Inc. ຂອງຍີ່ປຸ່ນໄດ້ບັນລຸຜົນສໍາເລັດທາງການຄ້າທີ່ສໍາຄັນໃນ HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, ມີຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ epitaxial 5 ຫາ 10 μm ແລະ ຂະໜາດແຜ່ນ 2 ແລະ 4 ນິ້ວ. ນອກຈາກນັ້ນ, ເວເຟີໂຮໂມອີພິແທກຊຽວ HVPE β-Ga2O3 ໜາ 20 ໄມໂຄຣມ ທີ່ຜະລິດໂດຍບໍລິສັດກຸ່ມເຕັກໂນໂລຊີເອເລັກໂຕຣນິກຈີນ ກໍ່ໄດ້ເຂົ້າສູ່ຂັ້ນຕອນການຄ້າແລ້ວ.

ຮູບທີ 9 ວິທີການ HVPE β-Ga2O3

2.4 ວິທີການ PLD

ເຕັກໂນໂລຊີ PLD ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ເພື່ອຝາກຟິມອົກໄຊທີ່ສັບສົນ ແລະ ໂຄງສ້າງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຕີບໂຕຂອງ PLD, ພະລັງງານໂຟຕອນຈະຖືກເຊື່ອມຕໍ່ກັບວັດສະດຸເປົ້າໝາຍຜ່ານຂະບວນການປ່ອຍເອເລັກຕຣອນ. ກົງກັນຂ້າມກັບ MBE, ອະນຸພາກແຫຼ່ງ PLD ແມ່ນຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍລັງສີເລເຊີທີ່ມີພະລັງງານສູງຫຼາຍ (>100 eV) ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນຖືກຝາກໄວ້ເທິງຊັ້ນຮອງທີ່ມີຄວາມຮ້ອນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການກຳຈັດ, ອະນຸພາກພະລັງງານສູງບາງອັນຈະສົ່ງຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ພື້ນຜິວຂອງວັດສະດຸ, ສ້າງຂໍ້ບົກຜ່ອງຈຸດໆ ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຄຸນນະພາບຂອງຟິມ. ຄ້າຍຄືກັບວິທີການ MBE, RHEED ສາມາດໃຊ້ເພື່ອຕິດຕາມກວດກາໂຄງສ້າງພື້ນຜິວ ແລະ ຮູບຮ່າງຂອງວັດສະດຸໃນເວລາຈິງໃນລະຫວ່າງຂະບວນການຝາກ PLD β-Ga2O3, ຊ່ວຍໃຫ້ນັກຄົ້ນຄວ້າສາມາດໄດ້ຮັບຂໍ້ມູນການເຕີບໂຕຢ່າງຖືກຕ້ອງ. ວິທີການ PLD ຄາດວ່າຈະປູກຟິມ β-Ga2O3 ທີ່ນຳໄຟຟ້າໄດ້ສູງ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນໂຊລູຊັ່ນການຕິດຕໍ່ໂອມມິກທີ່ດີທີ່ສຸດໃນອຸປະກອນພະລັງງານ Ga2O3.

ຮູບທີ 10 ຮູບພາບ AFM ຂອງ Ga2O3 ທີ່ມີ Si ປະສົມຢູ່

2.5 ວິທີການ MIST-CVD

MIST-CVD ເປັນເທັກໂນໂລຢີການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຟິມບາງທີ່ຂ້ອນຂ້າງງ່າຍດາຍ ແລະ ມີປະສິດທິພາບດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ. ວິທີການ CVD ນີ້ກ່ຽວຂ້ອງກັບປະຕິກິລິຍາຂອງການສີດສານຕັ້ງຕົ້ນທີ່ຖືກປະສົມໃສ່ຊັ້ນໃຕ້ດິນເພື່ອໃຫ້ໄດ້ການຕົກຕະກອນຂອງຟິມບາງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ມາຮອດປະຈຸບັນ, Ga2O3 ທີ່ເຕີບໃຫຍ່ໂດຍໃຊ້ໝອກ CVD ຍັງຂາດຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າທີ່ດີ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ມີພື້ນທີ່ຫຼາຍສຳລັບການປັບປຸງ ແລະ ການເພີ່ມປະສິດທິພາບໃນອະນາຄົດ.