2. Эпитаксиал нимгэн хальсан өсөлт
Суурь нь Ga2O3 цахилгаан төхөөрөмжүүдэд физик тулгуур давхарга буюу дамжуулагч давхаргыг өгдөг. Дараагийн чухал давхарга нь хүчдэлийн эсэргүүцэл болон тээвэрлэгчийн тээвэрлэлтэд ашиглагддаг сувгийн давхарга буюу эпитаксиал давхарга юм. Эвдрэлийн хүчдэлийг нэмэгдүүлэх, дамжуулалтын эсэргүүцлийг багасгахын тулд хянаж болох зузаан болон хольцын концентраци, түүнчлэн материалын оновчтой чанар нь зарим урьдчилсан нөхцөл юм. Өндөр чанартай Ga2O3 эпитаксиал давхаргыг ихэвчлэн молекулын цацрагийн эпитакси (MBE), металлын органик химийн уурын тунадасжилт (MOCVD), галоген уурын тунадасжилт (HVPE), импульсийн лазерын тунадасжилт (PLD) болон манан CVD дээр суурилсан тунадасжуулалтын техник ашиглан тунадасжуулдаг.
Хүснэгт 2 Зарим төлөөллийн эпитаксиал технологиуд
2.1 MBE арга
MBE технологи нь хэт өндөр вакуум орчин болон өндөр материалын цэвэршилтийн ачаар хяналттай n төрлийн допинг ашиглан өндөр чанартай, согоггүй β-Ga2O3 хальсыг ургуулах чадвараараа алдартай. Үүний үр дүнд энэ нь хамгийн өргөн судлагдсан, арилжааны шинж чанартай β-Ga2O3 нимгэн хальсны тунадасжуулалтын технологийн нэг болсон. Үүнээс гадна, MBE арга нь өндөр чанартай, бага допингтой гетероструктур β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 нимгэн хальсан давхаргыг амжилттай бэлтгэсэн. MBE нь тусгал өндөр энергийн электрон дифракц (RHEED) ашиглан гадаргуугийн бүтэц, морфологийг атомын давхаргын нарийвчлалтайгаар бодит цаг хугацаанд хянах боломжтой. Гэсэн хэдий ч MBE технологийг ашиглан ургуулсан β-Ga2O3 хальснууд нь өсөлтийн хурд бага, хальсны хэмжээ бага зэрэг олон бэрхшээлтэй тулгарсаар байна. Судалгаагаар өсөлтийн хурд (010)>(001)>(−201)>(100) дарааллаар байгааг тогтоожээ. 650-750°C-ийн бага зэрэг Ga-аар баялаг нөхцөлд β-Ga2O3 (010) нь гөлгөр гадаргуутай, өндөр өсөлтийн хурдтай оновчтой өсөлтийг үзүүлдэг. Энэ аргыг ашиглан β-Ga2O3 эпитакси нь 0.1 нм RMS барзгаржилттайгаар амжилттай хийгдсэн. β-Ga2O3 Ga-аар баялаг орчинд өөр өөр температурт ургуулсан MBE хальснуудыг зурагт үзүүлэв. Novel Crystal Technology Inc. нь 10 × 15мм2 β-Ga2O3MBE вафлиг эпитаксиал аргаар амжилттай үйлдвэрлэсэн. Эдгээр нь 500 μм зузаантай, 150 нуман секундээс доош XRD FWHM бүхий өндөр чанартай (010) чиглэлтэй β-Ga2O3 дан талст субстратыг өгдөг. Субстрат нь Sn эсвэл Fe-ээр допинглодог. Sn-ээр хольцтой дамжуулагч суурь нь 1E18-9E18cm−3 хольцын концентрацитай байдаг бол төмөрөөр хольцтой хагас тусгаарлагч суурь нь 10E10 Ω см-ээс өндөр эсэргүүцэлтэй байдаг.
2.2 MOCVD арга
MOCVD нь нимгэн хальс ургуулахын тулд металлын органик нэгдлүүдийг урьдчилсан материал болгон ашигладаг бөгөөд ингэснээр томоохон хэмжээний арилжааны үйлдвэрлэлд хүрдэг. MOCVD аргыг ашиглан Ga2O3 ургуулахдаа триметилгалли (TMGa), триэтилгалли (TEGa) болон Ga (дипентил гликол формат)-ыг ихэвчлэн Ga эх үүсвэр болгон ашигладаг бол H2O, O2 эсвэл N2O-г хүчилтөрөгчийн эх үүсвэр болгон ашигладаг. Энэ аргыг ашиглан ургуулахад ерөнхийдөө өндөр температур (>800°C) шаардлагатай. Энэхүү технологи нь бага тээвэрлэгчийн концентраци, өндөр ба бага температурт электрон хөдөлгөөнийг бий болгох боломжтой тул өндөр хүчин чадалтай β-Ga2O3 цахилгаан төхөөрөмжийг бий болгоход маш чухал ач холбогдолтой юм. MBE ургалтын аргатай харьцуулахад MOCVD нь өндөр температурын ургалт болон химийн урвалын шинж чанараас шалтгаалан β-Ga2O3 хальсны маш өндөр өсөлтийн хурдыг бий болгох давуу талтай.
Зураг 7 β-Ga2O3 (010) AFM дүрс
Зураг 8 β-Ga2O3 Халл болон температураар хэмжсэн μ ба хуудасны эсэргүүцлийн хоорондын хамаарал
2.3 HVPE арга
HVPE нь боловсорсон эпитаксиал технологи бөгөөд III-V нэгдлийн хагас дамжуулагчийн эпитаксиал өсөлтөд өргөн хэрэглэгддэг. HVPE нь үйлдвэрлэлийн өртөг багатай, хурдан өсөлтийн хурдтай, өндөр хальсны зузаантай гэдгээрээ алдартай. HVPEβ-Ga2O3 нь ихэвчлэн барзгар гадаргуугийн морфологи, гадаргуугийн согог, нүхний өндөр нягтралтай байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тиймээс төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхээс өмнө химийн болон механик өнгөлгөөний процесс шаардлагатай байдаг. β-Ga2O3 эпитаксид зориулсан HVPE технологи нь (001) β-Ga2O3 матрицын өндөр температурын урвалыг дэмжихийн тулд хийн GaCl болон O2-ийг урьдал бодис болгон ашигладаг. Зураг 9-т эпитаксиал хальсны гадаргуугийн байдал, өсөлтийн хурдыг температурын функцээр харуулав. Сүүлийн жилүүдэд Японы Novel Crystal Technology Inc. нь эпитаксиал давхаргын зузаан нь 5-10 μм, вафлийн хэмжээ нь 2 ба 4 инчийн HVPE гомоэпитаксиал β-Ga2O3-д томоохон арилжааны амжилтанд хүрсэн. Үүнээс гадна, China Electronics Technology Group корпорацийн үйлдвэрлэсэн 20 μм зузаантай HVPE β-Ga2O3 гомоэпитаксиал вафли нь мөн арилжааны шатандаа орсон.
Зураг 9 HVPE арга β-Ga2O3
2.4 PLD арга
PLD технологийг голчлон нарийн төвөгтэй исэл хальс болон гетеро бүтэцтэй туурвихад ашигладаг. PLD өсөлтийн процессын үед фотоны энерги нь электрон ялгаруулалтын процессоор дамжуулан зорилтот материалтай холбогддог. MBE-ээс ялгаатай нь PLD эх үүсвэрийн хэсгүүд нь маш өндөр энергитэй (>100 эВ) лазер цацраг туяагаар үүсгэгдэж, дараа нь халсан суурь дээр туурвидаг. Гэсэн хэдий ч абляцийн процессын үед зарим өндөр энергитэй хэсгүүд материалын гадаргуу дээр шууд нөлөөлж, цэгийн согог үүсгэж, улмаар хальсны чанарыг бууруулдаг. MBE аргатай адил RHEED-ийг PLD β-Ga2O3 тунадасжуулах процессын үеэр материалын гадаргуугийн бүтэц, морфологийг бодит цаг хугацаанд хянахын тулд ашиглаж болох бөгөөд энэ нь судлаачдад өсөлтийн мэдээллийг үнэн зөв авах боломжийг олгодог. PLD арга нь өндөр дамжуулалттай β-Ga2O3 хальсыг ургуулах бөгөөд энэ нь Ga2O3 цахилгаан төхөөрөмжүүдэд оновчтой ом холбоо барих шийдэл болно гэж үзэж байна.
Зураг 10 Si хольцтой Ga2O3-ийн AFM зураг
2.5 MIST-CVD арга
MIST-CVD нь харьцангуй энгийн бөгөөд зардал багатай нимгэн хальсан ургалтын технологи юм. Энэхүү CVD арга нь нимгэн хальсан тунадас үүсгэхийн тулд атомжуулсан урьдал бодисыг субстрат дээр цацах урвалыг агуулдаг. Гэсэн хэдий ч одоогоор манан CVD ашиглан ургуулсан Ga2O3 нь сайн цахилгаан шинж чанаргүй хэвээр байгаа нь ирээдүйд сайжруулах, оновчлоход ихээхэн зай үлдээж байна.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 5-р сарын 30