2. Епитаксијални раст танких филмова
Подлога пружа физички носећи слој или проводни слој за Ga2O3 енергетске уређаје. Следећи важан слој је каналски слој или епитаксијални слој који се користи за отпорност напона и транспорт носилаца. Да би се повећао пробојни напон и минимизирао отпор проводљивости, контролисана дебљина и концентрација допирања, као и оптималан квалитет материјала, су неки од предуслова. Висококвалитетни Ga2O3 епитаксијални слојеви се обично таложе коришћењем молекуларно-снопне епитаксија (MBE), металоорганско-хемијског таложења из парне фазе (MOCVD), халидно-параско таложење (HVPE), пулсирајуће ласерско таложење (PLD) и техника таложења заснованих на маглној CVD.
Табела 2 Неке репрезентативне епитаксијалне технологије
2.1 MBE метода
МБЕ технологија је позната по својој способности да узгаја висококвалитетне, β-Ga2O3 филмове без дефеката са контролисаним допирањем n-типа захваљујући ултра-високом вакуумском окружењу и високој чистоћи материјала. Као резултат тога, постала је једна од најшире проучаваних и потенцијално комерцијализованих технологија таложења танких филмова β-Ga2O3. Поред тога, МБЕ метода је такође успешно припремила висококвалитетни, слабо допирани хетероструктурни слој танког филма β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3. МБЕ може да прати површинску структуру и морфологију у реалном времену са прецизношћу атомског слоја коришћењем рефлексне дифракције високоенергетских електрона (RHEED). Међутим, β-Ga2O3 филмови узгајани коришћењем МБЕ технологије и даље се суочавају са многим изазовима, као што су ниска стопа раста и мала величина филма. Студија је открила да је стопа раста била реда величине (010)>(001)>(−201)>(100). У условима благог богатства Ga од 650 до 750°C, β-Ga2O3 (010) показује оптималан раст са глатком површином и високом брзином раста. Коришћењем ове методе, успешно је постигнута β-Ga2O3 епитаксија са RMS храпавошћу од 0,1 nm. β-Ga2O3 У окружењу богатом Ga, MBE филмови узгајани на различитим температурама приказани су на слици. Novel Crystal Technology Inc. је успешно епитаксијално произвео β-Ga2O3MBE плочице димензија 10 × 15 mm2. Оне пружају висококвалитетне (010) оријентисане β-Ga2O3 монокристалне подлоге дебљине 500 μm и XRD FWHM испод 150 лучних секунди. Подлога је допирана Sn или Fe. Проводна подлога допирана Sn има концентрацију допирања од 1E18 до 9E18cm−3, док полуизолациона подлога допирана гвожђем има отпорност већу од 10E10 Ω cm.
2.2 MOCVD метода
MOCVD користи метална органска једињења као прекурсорске материјале за раст танких филмова, чиме се постиже комерцијална производња великих размера. Приликом узгоја Ga2O3 коришћењем MOCVD методе, триметилгалијум (TMGa), триетилгалијум (TEGa) и Ga (дипентил гликол формиат) се обично користе као извор Ga, док се H2O, O2 или N2O користе као извор кисеоника. Раст коришћењем ове методе генерално захтева високе температуре (>800°C). Ова технологија има потенцијал да постигне ниску концентрацију носилаца и покретљивост електрона на високој и ниској температури, тако да је од великог значаја за реализацију високоперформансних β-Ga2O3 енергетских уређаја. У поређењу са MBE методом раста, MOCVD има предност у постизању веома високих стопа раста β-Ga2O3 филмова због карактеристика раста на високој температури и хемијских реакција.
Слика 7 β-Га2О3 (010) АФМ слика
Слика 8 β-Ga2O3 Однос између μ и отпора слоја мереног Холовим методом и температуре
2.3 HVPE метода
HVPE је зрела епитаксијална технологија и широко се користи у епитаксијалном расту III-V једињења полупроводника. HVPE је познат по ниским трошковима производње, брзој стопи раста и великој дебљини филма. Треба напоменути да HVPEβ-Ga2O3 обично показује грубу површинску морфологију и високу густину површинских дефеката и удубљења. Стога су потребни хемијски и механички процеси полирања пре производње уређаја. HVPE технологија за β-Ga2O3 епитаксију обично користи гасовите GaCl и O2 као прекурсоре за подстицање реакције на високој температури матрице (001) β-Ga2O3. Слика 9 приказује стање површине и брзину раста епитаксијалног филма као функцију температуре. Последњих година, јапанска компанија Novel Crystal Technology Inc. постигла је значајан комерцијални успех у HVPE хомоепитаксијалном β-Ga2O3, са дебљинама епитаксијалног слоја од 5 до 10 μм и величинама плочица од 2 и 4 инча. Поред тога, хомоепитаксијалне плочице HVPE β-Ga2O3 дебљине 20 μм које производи China Electronics Technology Group Corporation такође су ушле у фазу комерцијализације.
Слика 9 HVPE метода β-Ga2O3
2.4 PLD метода
PLD технологија се углавном користи за таложење сложених оксидних филмова и хетероструктура. Током процеса раста PLD-а, енергија фотона се везује за циљни материјал путем процеса емисије електрона. За разлику од MBE, честице извора PLD-а се формирају ласерским зрачењем са изузетно високом енергијом (>100 eV) и потом таложе на загрејану подлогу. Међутим, током процеса аблације, неке честице високе енергије ће директно утицати на површину материјала, стварајући тачкасте дефекте и тиме смањујући квалитет филма. Слично MBE методи, RHEED се може користити за праћење површинске структуре и морфологије материјала у реалном времену током PLD процеса таложења β-Ga2O3, омогућавајући истраживачима да прецизно добију информације о расту. Очекује се да ће PLD метода узгајати високо проводљиве β-Ga2O3 филмове, што је чини оптимизованим омским контактним решењем у Ga2O3 уређајима за напајање.
Слика 10 AFM слика Ga2O3 допираног Si
2.5 MIST-CVD метода
MIST-CVD је релативно једноставна и исплатива технологија раста танких филмова. Ова CVD метода укључује реакцију прскања атомизованог прекурсора на подлогу да би се постигло таложење танког филма. Међутим, до сада, Ga2O3 узгајан коришћењем mist CVD-а још увек нема добра електрична својства, што оставља много простора за побољшање и оптимизацију у будућности.
Време објаве: 30. мај 2024.