2. Tkabbir ta' film irqiq epitassjali
Is-sottostrat jipprovdi saff ta' appoġġ fiżiku jew saff konduttiv għal apparati tal-enerġija Ga2O3. Is-saff importanti li jmiss huwa s-saff tal-kanal jew is-saff epitassjali użat għar-reżistenza tal-vultaġġ u t-trasport tat-trasportatur. Sabiex tiżdied il-vultaġġ tat-tkissir u tiġi minimizzata r-reżistenza tal-konduzzjoni, ħxuna kontrollabbli u konċentrazzjoni tad-doping, kif ukoll kwalità ottimali tal-materjal, huma xi prerekwiżiti. Saffi epitassjali Ga2O3 ta' kwalità għolja huma tipikament depożitati bl-użu ta' epitassija tar-raġġ molekulari (MBE), depożizzjoni kimika tal-fwar organiku tal-metall (MOCVD), depożizzjoni tal-fwar tal-alid (HVPE), depożizzjoni bil-lejżer pulsat (PLD), u tekniki ta' depożizzjoni bbażati fuq CVD taċ-ċpar.
Tabella 2 Xi teknoloġiji epitassjali rappreżentattivi
2.1 Metodu MBE
It-teknoloġija MBE hija magħrufa għall-abbiltà tagħha li tikber films β-Ga2O3 ta’ kwalità għolja u mingħajr difetti b’doping tat-tip n kontrollabbli minħabba l-ambjent tal-vakwu ultra-għoli tagħha u l-purità għolja tal-materjal. B’riżultat ta’ dan, saret waħda mill-aktar teknoloġiji ta’ depożizzjoni ta’ film irqiq β-Ga2O3 studjati b’mod wiesa’ u potenzjalment kummerċjalizzati. Barra minn hekk, il-metodu MBE ħejja wkoll b’suċċess saff ta’ film irqiq β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 b’eterostruttura ta’ kwalità għolja u b’doping baxx. L-MBE jista’ jimmonitorja l-istruttura u l-morfoloġija tal-wiċċ f’ħin reali bi preċiżjoni tas-saff atomiku billi juża d-diffrazzjoni tal-elettroni ta’ enerġija għolja ta’ riflessjoni (RHEED). Madankollu, il-films β-Ga2O3 imkabbra bl-użu tat-teknoloġija MBE għadhom jiffaċċjaw ħafna sfidi, bħal rata baxxa ta’ tkabbir u daqs żgħir tal-film. L-istudju sab li r-rata ta’ tkabbir kienet fl-ordni ta’ (010)>(001)>(−201)>(100). Taħt kundizzjonijiet kemxejn rikki fil-Ga ta' 650 sa 750°C, β-Ga2O3 (010) juri tkabbir ottimali b'wiċċ lixx u rata għolja ta' tkabbir. Bl-użu ta' dan il-metodu, l-epitassija tal-β-Ga2O3 inkisbet b'suċċess b'ħruxija RMS ta' 0.1 nm. β-Ga2O3 F'ambjent rikk fil-Ga, films MBE mkabbra f'temperaturi differenti huma murija fil-figura. Novel Crystal Technology Inc. ipproduċiet b'suċċess wejfers β-Ga2O3MBE ta' 10 × 15mm2. Dawn jipprovdu sottostrati ta' kristall wieħed orjentati (010) ta' kwalità għolja β-Ga2O3 bi ħxuna ta' 500 μm u XRD FWHM taħt il-150 sekonda ta' ark. Is-sottostrat huwa ddoppjat bl-Sn jew bil-Fe. Is-sottostrat konduttiv ddoppjat bl-Sn għandu konċentrazzjoni ta' dopping ta' 1E18 sa 9E18cm−3, filwaqt li s-sottostrat semi-iżolanti ddoppjat bil-ħadid għandu reżistività ogħla minn 10E10 Ω cm.
2.2 Metodu MOCVD
L-MOCVD juża komposti organiċi tal-metall bħala materjali prekursuri biex jikber films irqaq, u b'hekk jikseb produzzjoni kummerċjali fuq skala kbira. Meta jitkabbar Ga2O3 bl-użu tal-metodu MOCVD, it-trimethylgallium (TMGa), it-triethylgallium (TEGa) u l-Ga (dipentyl glycol formate) ġeneralment jintużaw bħala s-sors tal-Ga, filwaqt li l-H2O, l-O2 jew l-N2O jintużaw bħala s-sors tal-ossiġnu. It-tkabbir bl-użu ta' dan il-metodu ġeneralment jeħtieġ temperaturi għoljin (>800°C). Din it-teknoloġija għandha l-potenzjal li tikseb konċentrazzjoni baxxa ta' trasportaturi u mobilità tal-elettroni f'temperatura għolja u baxxa, għalhekk hija ta' sinifikat kbir għar-realizzazzjoni ta' apparati tal-enerġija β-Ga2O3 ta' prestazzjoni għolja. Meta mqabbel mal-metodu tat-tkabbir MBE, il-MOCVD għandu l-vantaġġ li jikseb rati ta' tkabbir għoljin ħafna tal-films β-Ga2O3 minħabba l-karatteristiċi tat-tkabbir f'temperatura għolja u r-reazzjonijiet kimiċi.
Figura 7 Immaġini AFM β-Ga2O3 (010).
Figura 8 β-Ga2O3 Ir-relazzjoni bejn μ u r-reżistenza tal-folja mkejla minn Hall u t-temperatura
2.3 Metodu HVPE
L-HVPE hija teknoloġija epitassjali matura u ntużat ħafna fit-tkabbir epitassjali ta' semikondutturi komposti III-V. L-HVPE hija magħrufa għall-ispiża baxxa tal-produzzjoni tagħha, ir-rata mgħaġġla ta' tkabbir, u l-ħxuna għolja tal-film. Ta' min jinnota li l-HVPEβ-Ga2O3 ġeneralment juri morfoloġija tal-wiċċ mhux maħduma u densità għolja ta' difetti u ħofor fil-wiċċ. Għalhekk, huma meħtieġa proċessi ta' lustrar kimiċi u mekkaniċi qabel il-manifattura tal-apparat. It-teknoloġija tal-HVPE għall-epitassija β-Ga2O3 ġeneralment tuża GaCl u O2 gassużi bħala prekursuri biex tippromwovi r-reazzjoni f'temperatura għolja tal-matriċi (001) β-Ga2O3. Il-Figura 9 turi l-kundizzjoni tal-wiċċ u r-rata ta' tkabbir tal-film epitassjali bħala funzjoni tat-temperatura. Fi snin reċenti, Novel Crystal Technology Inc. tal-Ġappun kisbet suċċess kummerċjali sinifikanti fl-HVPE omoepitassiali β-Ga2O3, bi ħxuna ta' saff epitassjali ta' 5 sa 10 μm u daqsijiet ta' wejfer ta' 2 u 4 pulzieri. Barra minn hekk, wejfers omoepitassiali HVPE β-Ga2O3 ta' ħxuna ta' 20 μm prodotti minn China Electronics Technology Group Corporation daħlu wkoll fl-istadju tal-kummerċjalizzazzjoni.
Figura 9 Metodu HVPE β-Ga2O3
2.4 Metodu PLD
It-teknoloġija PLD tintuża l-aktar biex tiddepożita films kumplessi ta' ossidu u eterostrutturi. Matul il-proċess tat-tkabbir tal-PLD, l-enerġija tal-fotoni hija akkoppjata mal-materjal fil-mira permezz tal-proċess ta' emissjoni tal-elettroni. B'kuntrast mal-MBE, il-partiċelli tas-sors tal-PLD huma ffurmati minn radjazzjoni bil-lejżer b'enerġija estremament għolja (>100 eV) u sussegwentement depożitati fuq sottostrat imsaħħan. Madankollu, matul il-proċess ta' ablazzjoni, xi partiċelli ta' enerġija għolja se jolqtu direttament il-wiċċ tal-materjal, u joħolqu difetti fil-punt u b'hekk inaqqsu l-kwalità tal-film. Simili għall-metodu MBE, RHEED jista' jintuża biex jimmonitorja l-istruttura tal-wiċċ u l-morfoloġija tal-materjal f'ħin reali matul il-proċess ta' depożizzjoni tal-PLD β-Ga2O3, li jippermetti lir-riċerkaturi jiksbu informazzjoni preċiża dwar it-tkabbir. Il-metodu PLD huwa mistenni li jkabbar films β-Ga2O3 konduttivi ħafna, u jagħmilha soluzzjoni ta' kuntatt ohmiku ottimizzata f'apparati tal-enerġija Ga2O3.
Figura 10 Immaġni AFM ta' Ga2O3 iddopjat bis-Si
2.5 Metodu MIST-CVD
MIST-CVD hija teknoloġija relattivament sempliċi u kosteffettiva għat-tkabbir ta' film irqiq. Dan il-metodu CVD jinvolvi r-reazzjoni tal-isprejjar ta' prekursur atomizzat fuq sottostrat biex tinkiseb depożizzjoni ta' film irqiq. Madankollu, s'issa, Ga2O3 imkabbar bl-użu ta' CVD biċ-ċpar għadu nieqes minn proprjetajiet elettriċi tajbin, u dan iħalli ħafna lok għal titjib u ottimizzazzjoni fil-futur.
Ħin tal-posta: 30 ta' Mejju 2024