3. Rritje epitaksiale e filmit të hollë
Nënshtresa siguron një shtresë mbështetëse fizike ose shtresë përcjellëse për pajisjet e fuqisë Ga2O3.Shtresa tjetër e rëndësishme është shtresa e kanalit ose shtresa epitaksiale e përdorur për rezistencën e tensionit dhe transportin e bartësit.Për të rritur tensionin e prishjes dhe për të minimizuar rezistencën e përcjelljes, trashësia e kontrollueshme dhe përqendrimi i dopingut, si dhe cilësia optimale e materialit, janë disa parakushte.Shtresat epitaksiale të cilësisë së lartë Ga2O3 zakonisht depozitohen duke përdorur teknikat e depozitimit të bazuara në epitaksinë me rreze molekulare (MBE), depozitimin e avullit kimik organik metalik (MOCVD), depozitimin e avullit halogjen (HVPE), depozitimin me lazer pulsues (PLD) dhe teknikat e depozitimit të bazuara në CVD.
Tabela 2 Disa teknologji përfaqësuese epitaksiale
Metoda 3.1 MBE
Teknologjia MBE është e njohur për aftësinë e saj për të rritur filma β-Ga2O3 pa defekte me cilësi të lartë, me doping të kontrollueshëm të tipit n për shkak të mjedisit të saj me vakum ultra të lartë dhe pastërtisë së lartë të materialit.Si rezultat, ajo është bërë një nga teknologjitë më të studiuara dhe më të komercializuara të depozitimit të filmit të hollë β-Ga2O3.Përveç kësaj, metoda MBE përgatiti gjithashtu me sukses një shtresë filmi të hollë β-(AlXGa1-X) 2O3/Ga2O3 heterostrukturë me cilësi të lartë, me dop të ulët.MBE mund të monitorojë strukturën dhe morfologjinë e sipërfaqes në kohë reale me saktësi të shtresës atomike duke përdorur difraksionin e elektroneve me energji të lartë të reflektimit (RHEED).Megjithatë, filmat β-Ga2O3 të rritura duke përdorur teknologjinë MBE ende përballen me shumë sfida, të tilla si shkalla e ulët e rritjes dhe madhësia e vogël e filmit.Studimi zbuloi se norma e rritjes ishte në rendin e (010)>(001)>(−201)>(100).Në kushte pak të pasura me Ga nga 650 deri në 750°C, β-Ga2O3 (010) shfaq rritje optimale me një sipërfaqe të lëmuar dhe shkallë të lartë rritjeje.Duke përdorur këtë metodë, epitaksia β-Ga2O3 u arrit me sukses me një vrazhdësi RMS prej 0,1 nm.β-Ga2O3 Në një mjedis të pasur me Ga, filmat MBE të rritura në temperatura të ndryshme janë paraqitur në figurë.Novel Crystal Technology Inc. ka prodhuar me sukses vaferë β-Ga2O3MBE në mënyrë epitaksiale 10 × 15 mm2.Ato ofrojnë nënshtresa me një kristal β-Ga2O3 me cilësi të lartë (010) me trashësi 500 μm dhe XRD FWHM nën 150 sekonda hark.Substrati është i dopuar me Sn ose me Fe.Nënshtresa përcjellëse e dopinguar me Sn ka një përqendrim dopingu prej 1E18 deri në 9E18cm−3, ndërsa nënshtresa gjysmë izoluese e dopuar me hekur ka një rezistencë më të lartë se 10E10 Ω cm.
3.2 Metoda MOCVD
MOCVD përdor komponime organike metalike si materiale pararendëse për të rritur filma të hollë, duke arritur kështu një prodhim komercial në shkallë të gjerë.Kur rritet Ga2O3 duke përdorur metodën MOCVD, trimetilgalium (TMGa), trietilgalium (TEGa) dhe Ga (format dipentil glikol) zakonisht përdoren si burim Ga, ndërsa H2O, O2 ose N2O përdoren si burim oksigjeni.Rritja duke përdorur këtë metodë në përgjithësi kërkon temperatura të larta (>800°C).Kjo teknologji ka potencialin për të arritur përqendrim të ulët të bartësit dhe lëvizshmëri të elektroneve me temperaturë të lartë dhe të ulët, kështu që ka një rëndësi të madhe për realizimin e pajisjeve të fuqisë β-Ga2O3 me performancë të lartë.Krahasuar me metodën e rritjes MBE, MOCVD ka avantazhin e arritjes së ritmeve shumë të larta të rritjes së filmave β-Ga2O3 për shkak të karakteristikave të rritjes në temperaturë të lartë dhe reaksioneve kimike.
Figura 7 β-Ga2O3 (010) Imazhi AFM
Figura 8 β-Ga2O3 Marrëdhënia midis μ dhe rezistencës së fletës e matur nga Hall dhe temperatura
3.3 Metoda HVPE
HVPE është një teknologji e pjekur epitaksiale dhe është përdorur gjerësisht në rritjen epitaksiale të gjysmëpërçuesve të përbërë III-V.HVPE njihet për koston e ulët të prodhimit, shkallën e shpejtë të rritjes dhe trashësinë e lartë të filmit.Duhet të theksohet se HVPEβ-Ga2O3 zakonisht shfaq morfologji të përafërt të sipërfaqes dhe densitet të lartë të defekteve dhe gropave sipërfaqësore.Prandaj, para prodhimit të pajisjes kërkohen procese lustrimi kimik dhe mekanik.Teknologjia HVPE për epitaksinë β-Ga2O3 zakonisht përdor GaCl dhe O2 të gaztë si pararendës për të nxitur reaksionin në temperaturë të lartë të matricës (001) β-Ga2O3.Figura 9 tregon gjendjen e sipërfaqes dhe shkallën e rritjes së filmit epitaksial si funksion i temperaturës.Vitet e fundit, Novel Crystal Technology Inc. i Japonisë ka arritur sukses të rëndësishëm tregtar në β-Ga2O3 homoepitaksiale HVPE, me trashësi shtresash epitaksiale nga 5 deri në 10 μm dhe madhësi vaferi 2 dhe 4 inç.Për më tepër, në fazën e komercializimit kanë hyrë gjithashtu vaferat homoepitaksiale HVPE β-Ga2O3 me trashësi 20 μm, të prodhuara nga China Electronics Technology Group Corporation.
Figura 9 Metoda HVPE β-Ga2O3
3.4 Metoda PLD
Teknologjia PLD përdoret kryesisht për depozitimin e filmave dhe heterostrukturave komplekse të oksidit.Gjatë procesit të rritjes së PLD, energjia e fotonit lidhet me materialin e synuar përmes procesit të emetimit të elektroneve.Në ndryshim nga MBE, grimcat e burimit PLD formohen nga rrezatimi lazer me energji jashtëzakonisht të lartë (>100 eV) dhe më pas depozitohen në një nënshtresë të nxehtë.Megjithatë, gjatë procesit të heqjes, disa grimca me energji të lartë do të ndikojnë drejtpërdrejt në sipërfaqen e materialit, duke krijuar defekte në pikë dhe duke ulur kështu cilësinë e filmit.Ngjashëm me metodën MBE, RHEED mund të përdoret për të monitoruar strukturën e sipërfaqes dhe morfologjinë e materialit në kohë reale gjatë procesit të depozitimit të PLD β-Ga2O3, duke i lejuar studiuesit të marrin me saktësi informacionin e rritjes.Metoda PLD pritet të rrisë filma β-Ga2O3 shumë përçueshëm, duke e bërë atë një zgjidhje të optimizuar të kontaktit omik në pajisjet e fuqisë Ga2O3.
Figura 10 Imazhi AFM i Ga2O3 i dopuar nga Si
3.5 Metoda MIST-CVD
MIST-CVD është një teknologji relativisht e thjeshtë dhe me kosto efektive e rritjes së filmit të hollë.Kjo metodë CVD përfshin reagimin e spërkatjes së një prekursori të atomizuar mbi një substrat për të arritur depozitimin e filmit të hollë.Megjithatë, deri më tani, Ga2O3 i rritur duke përdorur mjegull CVD ende i mungojnë vetitë e mira elektrike, gjë që lë shumë hapësirë për përmirësim dhe optimizim në të ardhmen.
Koha e postimit: maj-30-2024