2. Афзоиши пардаи тунуки эпитаксиалӣ
Субстрат барои дастгоҳҳои барқии Ga2O3 қабати дастгирии ҷисмонӣ ё қабати ноқилро фароҳам меорад. Қабати муҳими навбатӣ қабати канал ё қабати эпитаксиалӣ мебошад, ки барои муқовимати шиддат ва интиқоли интиқолдиҳанда истифода мешавад. Барои зиёд кардани шиддати вайроншавӣ ва кам кардани муқовимати ноқилӣ, ғафсии идорашаванда ва консентратсияи допинг, инчунин сифати оптималии мавод баъзе шартҳои пешакӣ мебошанд. Қабатҳои эпитаксиалии Ga2O3-и баландсифат одатан бо истифода аз эпитаксии шуои молекулавӣ (MBE), ҷойгиркунии буғи кимиёвии органикии металлӣ (MOCVD), ҷойгиркунии буғи галидӣ (HVPE), ҷойгиркунии лазерии импулсӣ (PLD) ва усулҳои ҷойгиркунии CVD дар асоси туман ҷойгир карда мешаванд.
Ҷадвали 2 Баъзе технологияҳои эпитаксиалии намояндагӣ
2.1 Усули MBE
Технологияи MBE бо қобилияти худ барои парвариши плёнкаҳои β-Ga2O3-и баландсифат ва бе нуқсон бо допингкунии навъи n-и идорашаванда машҳур аст, ки ин ба шарофати муҳити ултра-баланд ва тозагии баланди мавод мебошад. Дар натиҷа, он ба яке аз технологияҳои ҷойгиркунии плёнкаи тунуки β-Ga2O3 табдил ёфтааст, ки ба таври васеъ омӯхта ва эҳтимолан тиҷоратӣ шудааст. Илова бар ин, усули MBE инчунин бомуваффақият қабати тунуки плёнкаи β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3-и гетеросохтории баландсифат ва камдопингшударо омода кард. MBE метавонад сохтори сатҳ ва морфологияро дар вақти воқеӣ бо дақиқии қабати атомӣ бо истифода аз дифракцияи электронии энергияи баланди инъикос (RHEED) назорат кунад. Бо вуҷуди ин, плёнкаҳои β-Ga2O3, ки бо истифода аз технологияи MBE парвариш карда мешаванд, то ҳол бо мушкилоти зиёде, аз қабили суръати пасти афзоиш ва андозаи хурди плёнка, рӯбарӯ мешаванд. Тадқиқот нишон дод, ки суръати афзоиш дар тартиби (010)>(001)>(−201)>(100) буд. Дар шароити каме бой аз Ga аз 650 то 750°C, β-Ga2O3 (010) афзоиши оптималиро бо сатҳи ҳамвор ва суръати баланди афзоиш нишон медиҳад. Бо истифода аз ин усул, эпитаксияи β-Ga2O3 бо ноҳамвории RMS 0.1 нм бомуваффақият ба даст оварда шуд. β-Ga2O3 Дар муҳити бой аз Ga, плёнкаҳои MBE, ки дар ҳароратҳои гуногун парвариш карда мешаванд, дар расм нишон дода шудаанд. Novel Crystal Technology Inc. бомуваффақият варақаҳои 10 × 15 мм2 β-Ga2O3MBE-ро бо эпитаксия истеҳсол кардааст. Онҳо субстратҳои яккристаллии β-Ga2O3-и босифат (010)-ро бо ғафсии 500 мкм ва XRD FWHM дар зери 150 сония камон таъмин мекунанд. Субстрат бо Sn ё Fe легир карда шудааст. Субстрати ноқили бо Sn легиршуда дорои консентратсияи легиркунӣ аз 1E18 то 9E18cm−3 мебошад, дар ҳоле ки субстрати нимизолятсионӣ бо оҳан легиршуда дорои муқовимати аз 10E10 Ω cm баландтар аст.
2.2 Усули MOCVD
MOCVD аз пайвастагиҳои органикии металлӣ ҳамчун маводи пешгузашта барои парвариши плёнкаҳои тунук истифода мебарад ва бо ин васила истеҳсоли тиҷоратии миқёси калонро ба даст меорад. Ҳангоми парвариши Ga2O3 бо истифода аз усули MOCVD, триметилгаллий (TMGa), триэтилгаллий (TEGa) ва Ga (дипентилгликолформат) одатан ҳамчун манбаи Ga истифода мешаванд, дар ҳоле ки H2O, O2 ё N2O ҳамчун манбаи оксиген истифода мешаванд. Парвариш бо истифода аз ин усул одатан ҳарорати баландро (>800°C) талаб мекунад. Ин технология имкони ба даст овардани консентратсияи пасти интиқолдиҳанда ва ҳаракати электронҳои баланд ва пастро дорад, аз ин рӯ, он барои татбиқи дастгоҳҳои барқии баландсифати β-Ga2O3 аҳамияти калон дорад. Дар муқоиса бо усули афзоиши MBE, MOCVD бартарии ба даст овардани суръати хеле баланди афзоиши плёнкаҳои β-Ga2O3-ро дорад, ки ба хусусиятҳои афзоиши ҳарорати баланд ва реаксияҳои кимиёвӣ вобаста аст.
Тасвири 7 β-Ga2O3 (010) Тасвири AFM
Расми 8 β-Ga2O3 Робитаи байни μ ва муқовимати варақ, ки бо истифода аз Холл ва ҳарорат чен карда мешавад.
2.3 Усули HVPE
HVPE як технологияи эпитаксиалии пухта буда, дар парвариши эпитаксиалии нимноқилҳои пайвастагии III-V васеъ истифода шудааст. HVPE бо арзиши пасти истеҳсолӣ, суръати афзоиши босуръат ва ғафсии баланди плёнка машҳур аст. Бояд қайд кард, ки HVPEβ-Ga2O3 одатан морфологияи сатҳи ноҳамвор ва зичии баланди нуқсонҳои сатҳӣ ва чоҳҳоро нишон медиҳад. Аз ин рӯ, пеш аз истеҳсоли дастгоҳ равандҳои сайқалдиҳии кимиёвӣ ва механикӣ заруранд. Технологияи HVPE барои эпитаксии β-Ga2O3 одатан GaCl ва O2-и газдорро ҳамчун пешгузаштагон барои пешбурди аксуламали ҳарорати баланди матритсаи (001) β-Ga2O3 истифода мебарад. Расми 9 ҳолати сатҳ ва суръати афзоиши плёнкаи эпитаксиалиро ҳамчун функсияи ҳарорат нишон медиҳад. Дар солҳои охир, ширкати Novel Crystal Technology Inc.-и Ҷопон дар HVPE гомеэпитаксиалии β-Ga2O3 бо ғафсии қабати эпитаксиалии аз 5 то 10 мкм ва андозаи вафли 2 ва 4 дюйм ба муваффақиятҳои назарраси тиҷоратӣ ноил гардид. Илова бар ин, пластинаҳои гомеопитаксиалии HVPE β-Ga2O3 бо ғафсии 20 мкм, ки аз ҷониби China Electronics Technology Group Corporation истеҳсол шудаанд, низ ба марҳилаи тиҷоратӣ ворид шудаанд.
Расми 9 Усули HVPE β-Ga2O3
2.4 Усули PLD
Технологияи PLD асосан барои гузоштани плёнкаҳои оксидӣ ва гетероструктураҳои мураккаб истифода мешавад. Дар раванди афзоиши PLD, энергияи фотон тавассути раванди партоби электрон ба маводи мақсаднок пайваст карда мешавад. Бар хилофи MBE, зарраҳои манбаи PLD тавассути радиатсияи лазерӣ бо энергияи хеле баланд (>100 эВ) ташаккул меёбанд ва баъдан дар зеризаминии гармшуда гузошта мешаванд. Аммо, дар раванди аблятсия, баъзе зарраҳои энергияи баланд мустақиман ба сатҳи мавод таъсир мерасонанд, ки нуқсонҳои нуқтаро ба вуҷуд меоранд ва бо ин васила сифати плёнкаро паст мекунанд. Монанди усули MBE, RHEED метавонад барои назорат кардани сохтори сатҳӣ ва морфологияи мавод дар вақти воқеӣ ҳангоми раванди гузоштани PLD β-Ga2O3 истифода шавад, ки ба муҳаққиқон имкон медиҳад, ки маълумоти афзоишро дақиқ ба даст оранд. Интизор меравад, ки усули PLD плёнкаҳои β-Ga2O3-и баландгузаронандаро парвариш кунад, ки онро ба як ҳалли оптимизатсияшудаи тамос бо ом дар дастгоҳҳои барқии Ga2O3 табдил медиҳад.
Расми 10 Тасвири AFM-и Ga2O3 бо допингшудаи Si
2.5 Усули MIST-CVD
MIST-CVD як технологияи нисбатан содда ва аз ҷиҳати хароҷот самараноки парвариши плёнкаи тунук аст. Ин усули CVD реаксияи пошидани прекурсори атомӣ ба рӯи субстратро барои ба даст овардани таҳшиншавии плёнкаи тунук дар бар мегирад. Аммо, то ҳол Ga2O3, ки бо истифода аз туман CVD парвариш карда мешавад, хосиятҳои хуби электрикӣ надорад, ки ин барои такмил ва оптимизатсия дар оянда фазои зиёдеро боқӣ мегузорад.
Вақти нашр: 30 майи соли 2024