2. Epitaksial yupqa plyonka o'sishi
Substrat Ga2O3 quvvat qurilmalari uchun jismoniy qo'llab-quvvatlash qatlami yoki o'tkazuvchan qatlamni ta'minlaydi. Keyingi muhim qatlam kuchlanish qarshiligi va tashuvchilarni tashish uchun ishlatiladigan kanal qatlami yoki epitaksial qatlamdir. Buzilish kuchlanishini oshirish va o'tkazuvchanlik qarshiligini minimallashtirish uchun boshqariladigan qalinlik va qo'shimchalar konsentratsiyasi, shuningdek, optimal material sifati ba'zi bir zaruriy shartlardir. Yuqori sifatli Ga2O3 epitaksial qatlamlari odatda molekulyar nurli epitaksiya (MBE), metall organik kimyoviy bug' cho'kmasi (MOCVD), galid bug' cho'kmasi (HVPE), impulsli lazer cho'kmasi (PLD) va tumanli CVD asosidagi cho'ktirish texnikasi yordamida cho'ktiriladi.
2-jadval. Ba'zi vakillik epitaksial texnologiyalari
2.1 MBE usuli
MBE texnologiyasi o'zining ultra yuqori vakuum muhiti va yuqori material sofligi tufayli boshqariladigan n-turdagi qo'shimchalar bilan yuqori sifatli, nuqsonsiz β-Ga2O3 plyonkalarini yetishtirish qobiliyati bilan mashhur. Natijada, u eng keng o'rganilgan va potentsial ravishda tijoratlashtirilgan β-Ga2O3 yupqa plyonkali cho'ktirish texnologiyalaridan biriga aylandi. Bundan tashqari, MBE usuli yuqori sifatli, past qo'shimchali heterostrukturali β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 yupqa plyonka qatlamini ham muvaffaqiyatli tayyorladi. MBE sirt tuzilishi va morfologiyasini real vaqt rejimida aks ettirish yuqori energiyali elektron diffraksiyasi (RHEED) yordamida atom qatlami aniqligi bilan kuzatishi mumkin. Biroq, MBE texnologiyasidan foydalangan holda yetishtirilgan β-Ga2O3 plyonkalari hali ham past o'sish sur'ati va kichik plyonka o'lchami kabi ko'plab qiyinchiliklarga duch kelmoqda. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, o'sish sur'ati (010)>(001)>(−201)>(100) tartibida edi. 650 dan 750°C gacha bo'lgan ozgina Ga boy sharoitlarda β-Ga2O3 (010) silliq sirt va yuqori o'sish sur'ati bilan optimal o'sishni namoyish etadi. Ushbu usul yordamida β-Ga2O3 epitaksiyasi 0,1 nm RMS pürüzlülüğü bilan muvaffaqiyatli amalga oshirildi. β-Ga2O3 Ga boy muhitda turli haroratlarda o'stirilgan MBE plyonkalari rasmda ko'rsatilgan. Novel Crystal Technology Inc. muvaffaqiyatli ravishda 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE plastinkalarini epitaksial ravishda ishlab chiqardi. Ular qalinligi 500 mkm va 150 yoy sekundidan past XRD FWHM bilan yuqori sifatli (010) yo'naltirilgan β-Ga2O3 monokristalli substratlarni taqdim etadi. Substrat Sn yoki Fe bilan lehimlangan. Sn bilan qo'shilgan o'tkazuvchan substratning qo'shilish konsentratsiyasi 1E18 dan 9E18 sm−3 gacha, temir bilan qo'shilgan yarim izolyatsiyalovchi substratning qarshiligi esa 10E10 Ω sm dan yuqori.
2.2 MOCVD usuli
MOCVD yupqa plyonkalarni o'stirish uchun metall organik birikmalardan foydalanadi va shu bilan keng ko'lamli tijorat ishlab chiqarishga erishadi. MOCVD usuli yordamida Ga2O3 ni o'stirishda odatda Ga manbai sifatida trimetilgalliy (TMGa), trietilgaliy (TEGa) va Ga (dipentil glikol format) ishlatiladi, kislorod manbai sifatida esa H2O, O2 yoki N2O ishlatiladi. Ushbu usul yordamida o'sish odatda yuqori haroratni (>800°C) talab qiladi. Ushbu texnologiya past tashuvchi konsentratsiyasiga va yuqori va past haroratli elektron harakatchanligiga erishish imkoniyatiga ega, shuning uchun u yuqori samarali β-Ga2O3 quvvat qurilmalarini amalga oshirish uchun katta ahamiyatga ega. MBE o'sish usuli bilan taqqoslaganda, MOCVD yuqori haroratli o'sish va kimyoviy reaksiyalarning xususiyatlari tufayli β-Ga2O3 plyonkalarining juda yuqori o'sish sur'atlariga erishish afzalligiga ega.
7-rasm b-Ga2O3 (010) AFM tasviri
8-rasm β-Ga2O3 Xoll va harorat bilan o'lchangan μ va varaq qarshiligi o'rtasidagi bog'liqlik
2.3 HVPE usuli
HVPE etuk epitaksial texnologiya bo'lib, III-V birikma yarimo'tkazgichlarining epitaksial o'sishida keng qo'llanilgan. HVPE o'zining past ishlab chiqarish xarajatlari, tez o'sish sur'ati va yuqori plyonka qalinligi bilan mashhur. Shuni ta'kidlash kerakki, HVPEβ-Ga2O3 odatda qo'pol sirt morfologiyasini va sirt nuqsonlari va chuqurlarining yuqori zichligini namoyish etadi. Shuning uchun, qurilmani ishlab chiqarishdan oldin kimyoviy va mexanik abraziv jarayonlar talab qilinadi. β-Ga2O3 epitaksiyasi uchun HVPE texnologiyasi odatda (001) β-Ga2O3 matritsasining yuqori haroratli reaksiyasini rag'batlantirish uchun gazsimon GaCl va O2 ni prekursorlar sifatida ishlatadi. 9-rasmda epitaksial plyonkaning sirt holati va o'sish sur'ati haroratga bog'liq holda ko'rsatilgan. So'nggi yillarda Yaponiyaning Novel Crystal Technology Inc. kompaniyasi epitaksial qatlam qalinligi 5 dan 10 mkm gacha va plastinka o'lchamlari 2 va 4 dyuym bo'lgan HVPE gomeepitaksial β-Ga2O3 da sezilarli tijorat yutuqlariga erishdi. Bundan tashqari, China Electronics Technology Group Corporation tomonidan ishlab chiqarilgan 20 mkm qalinlikdagi HVPE β-Ga2O3 gomeopitaksial plastinkalari ham tijoratlashtirish bosqichiga o'tdi.
9-rasm. HVPE usuli β-Ga2O3
2.4 PLD usuli
PLD texnologiyasi asosan murakkab oksid plyonkalari va geterostrukturalarni yotqizish uchun ishlatiladi. PLD o'sish jarayonida foton energiyasi elektron emissiya jarayoni orqali maqsadli materialga ulanadi. MBE dan farqli o'laroq, PLD manba zarralari juda yuqori energiyaga ega (>100 eV) lazer nurlanishi orqali hosil bo'ladi va keyinchalik qizdirilgan substratga yotqiziladi. Biroq, ablatsiya jarayonida ba'zi yuqori energiyali zarralar material yuzasiga to'g'ridan-to'g'ri ta'sir qiladi, nuqta nuqsonlarini keltirib chiqaradi va shu bilan plyonka sifatini pasaytiradi. MBE usuliga o'xshash, RHEED PLD β-Ga2O3 yotqizish jarayonida materialning sirt tuzilishi va morfologiyasini real vaqt rejimida kuzatish uchun ishlatilishi mumkin, bu esa tadqiqotchilarga o'sish ma'lumotlarini aniq olish imkonini beradi. PLD usuli yuqori o'tkazuvchan β-Ga2O3 plyonkalarini o'stirishi kutilmoqda, bu esa uni Ga2O3 quvvat qurilmalarida optimallashtirilgan ohmik kontakt yechimiga aylantiradi.
10-rasm. Si bilan lehimlangan Ga2O3 ning AFM tasviri.
2.5 MIST-CVD usuli
MIST-CVD nisbatan sodda va tejamkor yupqa plyonka o'stirish texnologiyasidir. Ushbu CVD usuli yupqa plyonka cho'kmasiga erishish uchun atomizatsiyalangan prekursorni substratga purkash reaksiyasini o'z ichiga oladi. Biroq, hozirgacha tumanli CVD yordamida yetishtirilgan Ga2O3 hali ham yaxshi elektr xususiyatlariga ega emas, bu esa kelajakda takomillashtirish va optimallashtirish uchun ko'p imkoniyatlar qoldiradi.
Nashr vaqti: 2024-yil 30-may