2. Epitaksinis plonų sluoksnių augimas
Padėklas sudaro fizinį atraminį sluoksnį arba laidųjį sluoksnį Ga2O3 maitinimo įtaisams. Kitas svarbus sluoksnis yra kanalinis sluoksnis arba epitaksinis sluoksnis, naudojamas įtampos varžai ir krūvininkų pernašai. Siekiant padidinti pramušimo įtampą ir sumažinti laidumo varžą, būtina kontroliuoti storį ir legiravimo koncentraciją, taip pat užtikrinti optimalią medžiagos kokybę. Aukštos kokybės Ga2O3 epitaksiniai sluoksniai paprastai nusodinami naudojant molekulinių pluoštų epitaksiją (MBE), metalo organinių cheminių garų nusodinimą (MOCVD), halogenidų garų nusodinimą (HVPE), impulsinį lazerinį nusodinimą (PLD) ir rūko CVD pagrindu veikiančius nusodinimo metodus.
2 lentelė. Kai kurios tipinės epitaksinės technologijos.
2.1 MBE metodas
MBE technologija garsėja savo gebėjimu užauginti aukštos kokybės, be defektų β-Ga2O3 plėveles su kontroliuojamu n tipo legiravimu dėl itin aukšto vakuumo aplinkos ir didelio medžiagos grynumo. Dėl to ji tapo viena iš plačiausiai ištirtų ir potencialiai komercializuojamų β-Ga2O3 plonų plėvelių nusodinimo technologijų. Be to, MBE metodu taip pat sėkmingai paruoštas aukštos kokybės, mažai legiruotas heterostruktūrinis β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 plonas plėvelės sluoksnis. MBE gali stebėti paviršiaus struktūrą ir morfologiją realiuoju laiku atominio sluoksnio tikslumu, naudodamas atspindžio didelės energijos elektronų difrakciją (RHEED). Tačiau naudojant MBE technologiją užaugintos β-Ga2O3 plėvelės vis dar susiduria su daugeliu iššūkių, tokių kaip mažas augimo greitis ir mažas plėvelės dydis. Tyrimo metu nustatyta, kad augimo greitis buvo (010)>(001)>(-201)>(100) eilės. Esant šiek tiek Ga prisotintoms sąlygoms nuo 650 iki 750 °C, β-Ga2O3 (010) pasižymi optimaliu augimu, pasižymi lygiu paviršiumi ir dideliu augimo greičiu. Naudojant šį metodą, sėkmingai pasiekta β-Ga2O3 epitaksija, kurios RMS šiurkštumas buvo 0,1 nm. β-Ga2O3 Ga prisotintoje aplinkoje skirtingose temperatūrose užaugintos MBE plėvelės parodytos paveiksle. „Novel Crystal Technology Inc.“ sėkmingai epitaksiškai pagamino 10 × 15 mm2 β-Ga2O3 MBE plokšteles. Jos suteikia aukštos kokybės (010) orientuotus β-Ga2O3 monokristalų substratus, kurių storis yra 500 μm, o XRD FWHM – mažesnis nei 150 lanko sekundžių. Substratas yra legiruotas Sn arba Fe. Sn legiruoto laidaus substrato legiravimo koncentracija yra nuo 1E18 iki 9E18cm−3, o geležimi legiruoto pusiau izoliacinio substrato varža yra didesnė nei 10E10 Ω cm.
2.2 MOCVD metodas
MOCVD metodui plonoms plėvelėms auginti naudojami metalo organiniai junginiai, taip pasiekiant didelio masto komercinę gamybą. Auginant Ga2O3 MOCVD metodu, kaip Ga šaltinis paprastai naudojamas trimetilgalis (TMGa), trietilgalis (TEGa) ir Ga (dipentilglikolio formiatas), o kaip deguonies šaltinis – H2O, O2 arba N2O. Auginimas šiuo metodu paprastai reikalauja aukštos temperatūros (> 800 °C). Ši technologija turi potencialą pasiekti mažą krūvininkų koncentraciją ir elektronų judrumą aukštoje bei žemoje temperatūroje, todėl ji yra labai svarbi kuriant didelio našumo β-Ga2O3 galios įrenginius. Palyginti su MBE auginimo metodu, MOCVD pranašumas yra tas, kad dėl augimo aukštoje temperatūroje ir cheminių reakcijų savybių pasiekiamas labai didelis β-Ga2O3 plėvelių augimo greitis.
7 pav. β-Ga2O3 (010) AFM vaizdas
8 pav. β-Ga₂O₃. Ryšys tarp μ ir lakštinio varžos, išmatuotos Holo ir temperatūros metodu.
2.3 HVPE metodas
HVPE yra brandi epitaksijos technologija, plačiai naudojama III-V junginių puslaidininkių epitaksijos auginimui. HVPE yra žinomas dėl mažų gamybos sąnaudų, greito augimo greičio ir didelio plėvelės storio. Reikėtų pažymėti, kad HVPEβ-Ga2O3 paprastai pasižymi šiurkščia paviršiaus morfologija ir dideliu paviršiaus defektų bei duobių tankiu. Todėl prieš gaminant įrenginį reikalingi cheminio ir mechaninio poliravimo procesai. HVPE technologija β-Ga2O3 epitaksijai paprastai naudoja dujinį GaCl ir O2 kaip pirmtakus, kad paskatintų (001) β-Ga2O3 matricos aukštoje temperatūroje vykstančią reakciją. 9 paveiksle parodyta epitaksinės plėvelės paviršiaus būklė ir augimo greitis kaip temperatūros funkcija. Pastaraisiais metais Japonijos įmonė „Novel Crystal Technology Inc.“ pasiekė didelę komercinę sėkmę kurdama HVPE homoepitaksinį β-Ga2O3, kurios epitaksijos sluoksnio storis yra nuo 5 iki 10 μm, o plokštelių dydis – nuo 2 iki 4 colių. Be to, komercializavimo etapą pasiekė ir „China Electronics Technology Group Corporation“ pagamintos 20 μm storio HVPE β-Ga2O3 homoepitaksinės plokštelės.
9 pav. HVPE metodas β-Ga₂O₃
2.4 PLD metodas
PLD technologija daugiausia naudojama sudėtingoms oksido plėvelėms ir heterostruktūroms nusodinti. PLD auginimo proceso metu fotonų energija su taikinio medžiaga susiejama elektronų emisijos būdu. Skirtingai nuo MBE, PLD šaltinio dalelės formuojamos itin didelės energijos (>100 eV) lazerio spinduliuote ir vėliau nusodinamos ant įkaitinto pagrindo. Tačiau abliacijos proceso metu kai kurios didelės energijos dalelės tiesiogiai veikia medžiagos paviršių, sukurdamos taškinius defektus ir taip sumažindamos plėvelės kokybę. Panašiai kaip ir MBE metodas, RHEED gali būti naudojamas medžiagos paviršiaus struktūrai ir morfologijai stebėti realiuoju laiku PLD β-Ga2O3 nusodinimo proceso metu, o tai leidžia tyrėjams tiksliai gauti augimo informaciją. Tikimasi, kad PLD metodas leis užauginti labai laidžias β-Ga2O3 plėveles, todėl tai yra optimizuotas ominio kontakto sprendimas Ga2O3 galios įrenginiuose.
10 pav. Si legiruoto Ga₂O₃ AFM vaizdas
2.5 MIST-CVD metodas
MIST-CVD yra gana paprasta ir ekonomiška plonų sluoksnių auginimo technologija. Šis CVD metodas apima atomizuoto pirmtako purškimo ant pagrindo reakciją, siekiant gauti plonų sluoksnių nusodinimą. Tačiau iki šiol naudojant rūko CVD auginamas Ga2O3 vis dar neturi gerų elektrinių savybių, todėl ateityje yra daug erdvės tobulinimui ir optimizavimui.
Įrašo laikas: 2024 m. gegužės 30 d.