3. การเจริญเติบโตของฟิล์มบางในเยื่อบุผิว
วัสดุพิมพ์มีชั้นรองรับทางกายภาพหรือชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า Ga2O3ชั้นสำคัญถัดไปคือชั้นแชนเนลหรือชั้นเอปิแอกเซียลที่ใช้สำหรับความต้านทานแรงดันไฟฟ้าและการขนส่งพาหะเพื่อที่จะเพิ่มแรงดันพังทลายและลดความต้านทานการนำไฟฟ้า ความหนาที่ควบคุมได้และความเข้มข้นของสารต้องห้าม รวมถึงคุณภาพของวัสดุที่เหมาะสม ถือเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นบางประการโดยทั่วไปชั้น epitaxis ของ Ga2O3 คุณภาพสูงจะถูกสะสมโดยใช้โมเลกุล epitaxy (MBE) การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์ของโลหะ (MOCVD) การสะสมไอของเฮไลด์ (HVPE) การสะสมของเลเซอร์แบบพัลซ์ (PLD) และเทคนิคการตกสะสมของหมอก CVD
ตารางที่ 2 เทคโนโลยี epitaxis ที่เป็นตัวแทนบางอย่าง
3.1 วิธีเอ็มบีอี
เทคโนโลยี MBE มีชื่อเสียงในด้านความสามารถในการสร้างฟิล์ม β-Ga2O3 คุณภาพสูง ปราศจากข้อบกพร่อง พร้อมการเติมสารชนิด n ที่ควบคุมได้ เนื่องจากมีสภาพแวดล้อมสุญญากาศที่สูงเป็นพิเศษและมีความบริสุทธิ์ของวัสดุสูงด้วยเหตุนี้ จึงได้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการสะสมฟิล์มบาง β-Ga2O3 ที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางและอาจนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์มากที่สุดนอกจากนี้ วิธี MBE ยังประสบความสำเร็จในการเตรียมชั้นฟิล์มบางที่มีโครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างต่ำ β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 คุณภาพสูงอีกด้วยMBE สามารถตรวจสอบโครงสร้างพื้นผิวและสัณฐานวิทยาแบบเรียลไทม์ด้วยความแม่นยำของชั้นอะตอม โดยใช้การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนพลังงานสูงแบบสะท้อน (RHEED)อย่างไรก็ตาม ฟิล์ม β-Ga2O3 ที่ปลูกโดยใช้เทคโนโลยี MBE ยังคงเผชิญกับความท้าทายมากมาย เช่น อัตราการเติบโตต่ำและขนาดฟิล์มเล็กการศึกษาพบว่าอัตราการเติบโตอยู่ในลำดับ (010)>(001)>(−201)>(100)ภายใต้สภาวะที่มี Ga-rich เล็กน้อยที่อุณหภูมิ 650 ถึง 750°C β-Ga2O3 (010) มีการเติบโตที่เหมาะสมโดยมีพื้นผิวเรียบและมีอัตราการเติบโตสูงเมื่อใช้วิธีการนี้ β-Ga2O3 epitaxy ประสบความสำเร็จด้วยความหยาบ RMS ที่ 0.1 นาโนเมตรβ-Ga2O3 ในสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วย Ga ฟิล์ม MBE ที่เติบโตที่อุณหภูมิต่างกันจะแสดงในรูปNovel Crystal Technology Inc. ประสบความสำเร็จในการผลิตเวเฟอร์ epitaxis ขนาด 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBEโดยให้ซับสเตรตผลึกเดี่ยว β-Ga2O3 คุณภาพสูง (010) ที่มีความหนา 500 μm และ XRD FWHM ต่ำกว่า 150 อาร์ควินาทีสารตั้งต้นเป็นแบบ Sn doped หรือ Fe dopedสารตั้งต้นที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่เจือด้วย Sn มีความเข้มข้นของสารต้องห้ามที่ 1E18 ถึง 9E18cm−3 ในขณะที่สารตั้งต้นกึ่งฉนวนที่เจือด้วยเหล็กมีความต้านทานสูงกว่า 10E10 Ω cm
3.2 วิธีกระทรวงพาณิชย์
MOCVD ใช้สารประกอบอินทรีย์ของโลหะเป็นวัสดุตั้งต้นในการผลิตฟิล์มบาง จึงสามารถผลิตเชิงพาณิชย์ได้ในวงกว้างเมื่อปลูก Ga2O3 โดยใช้วิธี MOCVD มักจะใช้ไตรเมทิลแกลเลียม (TMGa), ไตรเอทิลแกลเลียม (TEGa) และ Ga (รูปแบบไดเพนทิลไกลคอล) เป็นแหล่ง Ga ในขณะที่ H2O, O2 หรือ N2O ถูกใช้เป็นแหล่งออกซิเจนโดยทั่วไปการเจริญเติบโตโดยใช้วิธีนี้ต้องใช้อุณหภูมิสูง (>800°C)เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพในการบรรลุความเข้มข้นของพาหะต่ำและการเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิสูงและต่ำ ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า β-Ga2O3 ที่มีประสิทธิภาพสูงเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการเจริญเติบโตของ MBE แล้ว MOCVD มีข้อได้เปรียบในการบรรลุอัตราการเติบโตที่สูงมากของฟิล์ม β-Ga2O3 เนื่องจากลักษณะของการเจริญเติบโตที่อุณหภูมิสูงและปฏิกิริยาทางเคมี
รูปที่ 7 β-Ga2O3 (010) ภาพ AFM
รูปที่ 8 β-Ga2O3 ความสัมพันธ์ระหว่างμและความต้านทานของแผ่นที่วัดโดยฮอลล์และอุณหภูมิ
3.3 วิธี HVPE
HVPE เป็นเทคโนโลยีอีพิแทกเซียลที่เติบโตเต็มที่ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเติบโตของอีพิแทกเซียลของสารกึ่งตัวนำสารประกอบ III-VHVPE ขึ้นชื่อในด้านต้นทุนการผลิตต่ำ อัตราการเติบโตที่รวดเร็ว และความหนาของฟิล์มสูงควรสังเกตว่า HVPEβ-Ga2O3 มักจะแสดงสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่หยาบและมีข้อบกพร่องและหลุมบนพื้นผิวที่มีความหนาแน่นสูงดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีกระบวนการขัดเงาด้วยสารเคมีและเชิงกลก่อนการผลิตอุปกรณ์เทคโนโลยี HVPE สำหรับเอพิแทกซี β-Ga2O3 มักจะใช้ GaCl และ O2 ที่เป็นก๊าซเป็นสารตั้งต้นเพื่อส่งเสริมปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงของเมทริกซ์ (001) β-Ga2O3รูปที่ 9 แสดงสภาพพื้นผิวและอัตราการเติบโตของฟิล์มเอพิแทกเซียลตามฟังก์ชันของอุณหภูมิในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Novel Crystal Technology Inc. ของญี่ปุ่นประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์อย่างมากใน HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 โดยมีความหนาของชั้น epitaxis 5 ถึง 10 μm และขนาดเวเฟอร์ 2 และ 4 นิ้วนอกจากนี้ เวเฟอร์โฮโมอีพิแอกเชียล HVPE β-Ga2O3 หนา 20 μm ที่ผลิตโดย China Electronics Technology Group Corporation ก็เข้าสู่ขั้นตอนการจำหน่ายเชิงพาณิชย์แล้วเช่นกัน
รูปที่ 9 วิธี HVPE β-Ga2O3
3.4 วิธี PLD
เทคโนโลยี PLD ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อฝากฟิล์มออกไซด์เชิงซ้อนและโครงสร้างเฮเทอโรในระหว่างกระบวนการเติบโต PLD พลังงานโฟตอนจะถูกรวมเข้ากับวัสดุเป้าหมายผ่านกระบวนการปล่อยอิเล็กตรอนตรงกันข้ามกับ MBE อนุภาคแหล่งกำเนิด PLD ถูกสร้างขึ้นโดยการแผ่รังสีเลเซอร์ที่มีพลังงานสูงมาก (>100 eV) และสะสมอยู่บนพื้นผิวที่ให้ความร้อนในเวลาต่อมาอย่างไรก็ตาม ในระหว่างกระบวนการระเหย อนุภาคพลังงานสูงบางส่วนจะส่งผลโดยตรงต่อพื้นผิวของวัสดุ ทำให้เกิดจุดบกพร่อง และทำให้คุณภาพของฟิล์มลดลงเช่นเดียวกับวิธี MBE สามารถใช้ RHEED เพื่อตรวจสอบโครงสร้างพื้นผิวและสัณฐานวิทยาของวัสดุแบบเรียลไทม์ในระหว่างกระบวนการสะสม PLD β-Ga2O3 ช่วยให้นักวิจัยได้รับข้อมูลการเติบโตอย่างแม่นยำคาดว่าวิธี PLD จะทำให้ฟิล์ม β-Ga2O3 ที่มีความนำไฟฟ้าสูง ทำให้เป็นวิธีการแก้ปัญหาหน้าสัมผัสโอห์มมิกที่เหมาะสมที่สุดในอุปกรณ์จ่ายไฟ Ga2O3
รูปที่ 10 ภาพ AFM ของ Ga2O3 ที่เจือด้วย Si
3.5 วิธี MIST-CVD
MIST-CVD เป็นเทคโนโลยีการเจริญเติบโตของฟิล์มบางที่ค่อนข้างง่ายและคุ้มค่าวิธีการ CVD นี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของการพ่นสารตั้งต้นที่ทำให้เป็นอะตอมลงบนพื้นผิวเพื่อให้เกิดการสะสมของฟิล์มบางอย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ Ga2O3 ที่ปลูกโดยใช้หมอก CVD ยังคงขาดคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดี ซึ่งทำให้เหลือพื้นที่อีกมากสำหรับการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพในอนาคต
เวลาโพสต์: May-30-2024