2. Ukuaji wa filamu nyembamba ya Epitaxial
Sehemu ndogo hutoa safu ya usaidizi wa kimwili au safu ya upitishaji umeme kwa vifaa vya umeme vya Ga2O3. Safu inayofuata muhimu ni safu ya chaneli au safu ya epitaxial inayotumika kwa upinzani wa volteji na usafirishaji wa mbebaji. Ili kuongeza volteji ya kuvunjika na kupunguza upinzani wa upitishaji umeme, unene unaoweza kudhibitiwa na mkusanyiko wa doping, pamoja na ubora bora wa nyenzo, ni baadhi ya masharti ya lazima. Tabaka za epitaxial za Ga2O3 zenye ubora wa juu kwa kawaida huwekwa kwa kutumia epitaksi ya boriti ya molekuli (MBE), uwekaji wa mvuke wa kemikali hai ya metali (MOCVD), uwekaji wa mvuke wa halidi (HVPE), uwekaji wa leza ya mapigo (PLD), na mbinu za uwekaji wa ukungu wa CVD.
Jedwali 2 Baadhi ya teknolojia wakilishi za epitaxial
2.1 Mbinu ya MBE
Teknolojia ya MBE inajulikana kwa uwezo wake wa kukuza filamu za β-Ga2O3 zenye ubora wa juu, zisizo na kasoro zenye doping ya aina ya n inayoweza kudhibitiwa kutokana na mazingira yake ya utupu yenye kiwango cha juu cha utupu na usafi wa juu wa nyenzo. Matokeo yake, imekuwa mojawapo ya teknolojia za uwekaji wa filamu nyembamba za β-Ga2O3 zilizosomwa sana na zinazoweza kuuzwa. Zaidi ya hayo, mbinu ya MBE pia iliandaa kwa mafanikio safu ya filamu nyembamba ya β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 yenye ubora wa juu na yenye doping ya chini. MBE inaweza kufuatilia muundo wa uso na mofolojia kwa wakati halisi kwa usahihi wa safu ya atomiki kwa kutumia mtawanyiko wa elektroni zenye nishati ya juu (RHEED). Hata hivyo, filamu za β-Ga2O3 zilizokuzwa kwa kutumia teknolojia ya MBE bado zinakabiliwa na changamoto nyingi, kama vile kiwango cha chini cha ukuaji na ukubwa mdogo wa filamu. Utafiti uligundua kuwa kiwango cha ukuaji kilikuwa katika mpangilio wa (010)>(001)>(−201)>(100). Chini ya hali ya joto-tajiri kidogo ya 650 hadi 750°C, β-Ga2O3 (010) inaonyesha ukuaji bora zaidi kwa uso laini na kiwango cha juu cha ukuaji. Kwa kutumia njia hii, epitaxy ya β-Ga2O3 ilifanikiwa kupatikana kwa ukali wa RMS wa 0.1 nm. β-Ga2O3 Katika mazingira yenye joto-tajiri, filamu za MBE zilizopandwa katika halijoto tofauti zinaonyeshwa kwenye mchoro. Novel Crystal Technology Inc. imefanikiwa kutengeneza wafers 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE za epitaxial. Zinatoa substrates za fuwele moja za β-Ga2O3 zenye ubora wa juu (010) zenye unene wa 500 μm na XRD FWHM chini ya sekunde 150 za arc. Substrate hiyo imetengenezwa kwa kutumia Sn doped au Fe doped. Substrate inayopitisha umeme yenye dope ya Sn ina mkusanyiko wa dope ya 1E18 hadi 9E18cm−3, huku substrate yenye insulation ya nusu iliyo na dope ya chuma ina upinzani wa juu kuliko 10E10 Ω cm.
2.2 Mbinu ya MOCVD
MOCVD hutumia misombo ya kikaboni ya metali kama nyenzo za awali ili kukuza filamu nyembamba, na hivyo kufikia uzalishaji mkubwa wa kibiashara. Wakati wa kukuza Ga2O3 kwa kutumia mbinu ya MOCVD, trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) na Ga (dipentyl glycol formate) kwa kawaida hutumika kama chanzo cha Ga, huku H2O, O2 au N2O hutumika kama chanzo cha oksijeni. Ukuaji kwa kutumia njia hii kwa ujumla unahitaji halijoto ya juu (>800°C). Teknolojia hii ina uwezo wa kufikia mkusanyiko mdogo wa kubeba na uhamaji wa elektroni wa halijoto ya juu na ya chini, kwa hivyo ni muhimu sana kwa utambuzi wa vifaa vya nguvu vya β-Ga2O3 vyenye utendaji wa juu. Ikilinganishwa na mbinu ya ukuaji wa MBE, MOCVD ina faida ya kufikia viwango vya juu sana vya ukuaji wa filamu za β-Ga2O3 kutokana na sifa za ukuaji wa halijoto ya juu na athari za kemikali.
Kielelezo 7 β-Ga2O3 (010) picha ya AFM
Mchoro 8 β-Ga2O3 Uhusiano kati ya μ na upinzani wa karatasi unaopimwa kwa Hall na halijoto
2.3 Mbinu ya HVPE
HVPE ni teknolojia ya epitaxial iliyokomaa na imetumika sana katika ukuaji wa epitaxial wa semiconductors za kiwanja cha III-V. HVPE inajulikana kwa gharama yake ya chini ya uzalishaji, kiwango cha ukuaji wa haraka, na unene wa juu wa filamu. Ikumbukwe kwamba HVPEβ-Ga2O3 kwa kawaida huonyesha mofolojia ya uso mbaya na msongamano mkubwa wa kasoro za uso na mashimo. Kwa hivyo, michakato ya kung'arisha kemikali na mitambo inahitajika kabla ya kutengeneza kifaa. Teknolojia ya HVPE kwa epitaxi ya β-Ga2O3 kwa kawaida hutumia GaCl ya gesi na O2 kama vitangulizi ili kukuza mmenyuko wa halijoto ya juu wa matrix ya (001) β-Ga2O3. Mchoro 9 unaonyesha hali ya uso na kiwango cha ukuaji wa filamu ya epitaxial kama kigezo cha halijoto. Katika miaka ya hivi karibuni, Novel Crystal Technology Inc. ya Japani imepata mafanikio makubwa ya kibiashara katika HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, ikiwa na unene wa safu ya epitaxial ya 5 hadi 10 μm na ukubwa wa wafer wa inchi 2 na 4. Zaidi ya hayo, wafers za HPVE β-Ga2O3 zenye unene wa 20 μm zinazozalishwa na China Electronics Technology Group Corporation pia zimeingia katika hatua ya kibiashara.
Mchoro 9 Njia ya HVPE β-Ga2O3
2.4 Mbinu ya PLD
Teknolojia ya PLD hutumika zaidi kuweka filamu tata za oksidi na miundo ya hetero. Wakati wa mchakato wa ukuaji wa PLD, nishati ya fotoni huunganishwa na nyenzo lengwa kupitia mchakato wa utoaji wa elektroni. Tofauti na MBE, chembe chanzo cha PLD huundwa na mionzi ya leza yenye nishati ya juu sana (>100 eV) na baadaye kuwekwa kwenye substrate yenye joto. Hata hivyo, wakati wa mchakato wa kuondoa, baadhi ya chembe zenye nishati ya juu zitaathiri moja kwa moja uso wa nyenzo, na kuunda kasoro za nukta na hivyo kupunguza ubora wa filamu. Sawa na mbinu ya MBE, RHEED inaweza kutumika kufuatilia muundo wa uso na mofolojia ya nyenzo kwa wakati halisi wakati wa mchakato wa utuaji wa PLD β-Ga2O3, na kuruhusu watafiti kupata taarifa za ukuaji kwa usahihi. Mbinu ya PLD inatarajiwa kukuza filamu za β-Ga2O3 zinazopitisha hewa kwa kasi, na kuifanya kuwa suluhisho bora la mguso wa ohmic katika vifaa vya nguvu vya Ga2O3.
Mchoro 10 Picha ya AFM ya Si iliyotiwa dawa ya Ga2O3
2.5 Mbinu ya MIST-CVD
MIST-CVD ni teknolojia rahisi na ya gharama nafuu ya ukuaji wa filamu nyembamba. Njia hii ya CVD inahusisha mmenyuko wa kunyunyizia kitangulizi chenye atomi kwenye substrate ili kufikia uwekaji wa filamu nyembamba. Hata hivyo, hadi sasa, Ga2O3 iliyopandwa kwa kutumia CVD ya ukungu bado haina sifa nzuri za umeme, ambazo huacha nafasi kubwa ya uboreshaji na uboreshaji katika siku zijazo.
Muda wa chapisho: Mei-30-2024