אָקסידירטע שטייענדיקע קערל און עפּיטאַקסיאַל וווּקס טעכנאָלאָגיע-Ⅱ

2. עפּיטאַקסיאַל דין פילם וווּקס

דער סאַבסטראַט גיט אַ גשמיות שטיצע שיכט אָדער קאַנדאַקטיוו שיכט פֿאַר Ga2O3 מאַכט דעוויסעס. די ווייַטער וויכטיק שיכט איז די קאַנאַל שיכט אָדער עפּיטאַקסיאַל שיכט געניצט פֿאַר וואָולטידזש קעגנשטעל און טרעגער טראַנספּאָרט. כּדי צו פאַרגרעסערן ברייקדאַון וואָולטידזש און מינאַמייז קאַנדאַקשאַן קעגנשטעל, קאָנטראָלאַבאַל גרעב און דאָפּינג קאַנסאַנטריישאַן, ווי געזונט ווי אָפּטימאַל מאַטעריאַל קוואַליטעט, זענען עטלעכע פּרירעקוויזיץ. הויך קוואַליטעט Ga2O3 עפּיטאַקסיאַל לייַערס זענען טיפּיקלי דעפּאַזיטיד ניצן מאָלעקולאַר שטראַל עפּיטאַקסי (MBE), מעטאַל אָרגאַניק כעמישער פארע דעפּאַזישאַן (MOCVD), האַליד פארע דעפּאַזישאַן (HVPE), פּולסעד לאַזער דעפּאַזישאַן (PLD), און נעפּל CVD באזירט דעפּאַזישאַן טעקניקס.

טאַבעלע 2 עטלעכע רעפּרעזענטאַטיווע עפּיטאַקסיאַל טעכנאָלאָגיעס

2.1 MBE מעטאָד

MBE טעכנאָלאָגיע איז באַרימט פֿאַר איר פיייקייט צו וואַקסן הויך-קוואַליטעט, דעפעקט-פֿרייע β-Ga2O3 פֿילמען מיט קאָנטראָלירבאַר n-טיפּ דאָפּינג צוליב איר אולטראַ-הויך וואַקוום סביבה און הויך מאַטעריאַל ריינקייט. ווי אַ רעזולטאַט, איז עס געוואָרן איינע פֿון די מערסט ברייט געלערנטע און פּאָטענציעל קאָמערציאַליזירטע β-Ga2O3 דין פֿילם דעפּאָזיציע טעכנאָלאָגיעס. אין דערצו, די MBE מעטאָדע האָט אויך געראָטן צוגעגרייט אַ הויך-קוואַליטעט, נידעריק-דאָפּעד העטעראָסטרוקטור β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 דין פֿילם שיכט. MBE קען מאָניטאָרירן ייבערפלאַך סטרוקטור און מאָרפאָלאָגיע אין פאַקטישער צייט מיט אַטאָמישער שיכט פּינקטלעכקייט דורך ניצן רעפֿלעקציע הויך ענערגיע עלעקטראָן דיפֿראַקציע (RHEED). אָבער, β-Ga2O3 פֿילמען וואָס וואַקסן מיט MBE טעכנאָלאָגיע שטייען נאָך פֿאַר פילע טשאַלאַנדזשיז, אַזאַ ווי נידעריק וווּקס קורס און קליין פֿילם גרייס. די שטודיע האָט געפֿונען אַז די וווּקס קורס איז געווען אין דער סדר פֿון (010)>(001)>(−201)>(100). אונטער לייכט Ga-רייכע באדינגונגען פון 650 ביז 750°C, ווייזט β-Ga2O3 (010) אן אפטימאלן וואוקס מיט א גלאטן אויבערפלאך און א הויכן וואוקס ראטע. ניצנדיג דעם מעטאד, איז β-Ga2O3 עפיטאקסי געראָטן געווארן מיט אן RMS ראַפנאַס פון 0.1 נאַנאָמעטער. β-Ga2O3 אין א Ga-רייכער סביבה, ווערן MBE פילמען וואָס וואַקסן ביי פאַרשידענע טעמפּעראַטורן געוויזן אין דער פיגור. Novel Crystal Technology Inc. האט געראָטן עפּיטאַקסיאַל פּראָדוצירט 10 × 15מם² β-Ga2O3MBE וועיפערס. זיי צושטעלן הויך-קוואַליטעט (010) אָריענטירטע β-Ga2O3 איין-קריסטאַל סאַבסטראַטן מיט א גרעב פון 500 מיקראָמעטער און XRD FWHM אונטער 150 אַרק סעקונדעס. דער סאַבסטראַט איז Sn דאָפּעד אָדער Fe דאָפּעד. דער Sn-דאָפּטער קאַנדאַקטיווער סאַבסטראַט האט אַ דאָפּינג קאָנצענטראַציע פון ​​1E18 ביז 9E18cm−3, בשעת דער אייַזן-דאָפּטער האַלב-איזאָלירנדיקער סאַבסטראַט האט אַ קעגנשטעל העכער ווי 10E10 Ω cm.

2.2 MOCVD מעטאָד

MOCVD ניצט מעטאַל אָרגאַנישע קאַמפּאַונדז ווי פאָרגייער מאַטעריאַלן צו וואַקסן דין פילמען, דערמיט דערגרייכן גרויס-וואָג קאמערציעלע פּראָדוקציע. ווען מען וואַקסט Ga2O3 מיטן MOCVD מעטאָד, ווערן טרימעטהילגאַליום (TMGa), טריעטהילגאַליום (TEGa) און Ga (דיפּענטיל גליקאָל פֿאָרמאַט) געוויינטלעך געניצט ווי די Ga מקור, בשעת H2O, O2 אדער N2O ווערן געניצט ווי די זויערשטאָף מקור. וווּקס מיט דעם מעטאָד ריקווייערז בכלל הויך טעמפּעראַטורן (>800°C). די טעכנאָלאָגיע האט דעם פּאָטענציעל צו דערגרייכן נידעריקע טרעגער קאָנצענטראַציע און הויך און נידעריק טעמפּעראַטור עלעקטראָן מאָביליטי, אַזוי עס איז פון גרויס באַדייטונג צו דער רעאַליזאַציע פון ​​הויך-פאָרשטעלונג β-Ga2O3 מאַכט דעוויסעס. קאַמפּערד מיט דער MBE וווּקס מעטאָד, האט MOCVD דעם מייַלע פון ​​דערגרייכן זייער הויך וווּקס ראַטעס פון β-Ga2O3 פילמען רעכט צו די קעראַקטעריסטיקס פון הויך-טעמפּעראַטור וווּקס און כעמישע רעאַקציעס.

פיגורע 7 β-גאַ2אָ3 (010) אַפם בילד

פיגור 8 β-Ga2O3 די באַציִונג צווישן μ און בויגן קעגנשטעל געמאָסטן דורך האַל און טעמפּעראַטור

2.3 HVPE מעטאָד

HVPE איז אַ דערוואַקסענע עפּיטאַקסיאַל טעכנאָלאָגיע און איז וויידלי געניצט געוואָרן אין דעם עפּיטאַקסיאַלן וואוקס פון III-V קאַמפּאַונד האַלב-קאָנדוקטאָרן. HVPE איז באַקאַנט פֿאַר זיין נידעריקע פּראָדוקציע קאָסטן, שנעלע וואוקס קורס, און הויכע פילם גרעב. עס זאָל באַמערקט ווערן אַז HVPEβ-Ga2O3 ווייזט געוויינטלעך אַ גראָבע ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגיע און הויכע געדיכטקייט פון ייבערפלאַך חסרונות און גרובן. דעריבער, כעמישע און מעטשאַנישע פּאָלירינג פּראָצעסן זענען פארלאנגט איידער מאַנופאַקטורינג די מיטל. HVPE טעכנאָלאָגיע פֿאַר β-Ga2O3 עפּיטאַקסי ניצט געוויינטלעך גאַזאַרטיק GaCl און O2 ווי פּריקערסערז צו העכערן די הויך-טעמפּעראַטור רעאַקציע פון ​​​​די (001) β-Ga2O3 מאַטריץ. פיגור 9 ווייזט די ייבערפלאַך צושטאַנד און וואוקס קורס פון די עפּיטאַקסיאַל פילם ווי אַ פונקציע פון ​​​​טעמפּעראַטור. אין די לעצטע יאָרן, יאַפּאַן ס Novel Crystal Technology Inc. האט דערגרייכט באַטייטיק קאמערציעלע הצלחה אין HVPE האָמאָעפּיטאַקסיאַל β-Ga2O3, מיט עפּיטאַקסיאַל שיכטע גרעב פון 5 צו 10 μm און וועיפער סיזעס פון 2 און 4 אינטשעס. דערצו, 20 מיקראָמעטער דיקע HVPE β-Ga2O3 האָמאָעפּיטאַקסיאַל וועיפערס פּראָדוצירט דורך טשיינאַ עלעקטראָניקס טעכנאָלאָגיע גרופע קאָרפּאָראַציע זענען אויך אריין אין דער קאָמערציאַליזאַציע בינע.

פיגור 9 HVPE מעטאד β-Ga2O3

2.4 PLD מעטאד

PLD טעכנאָלאָגיע ווערט הויפּטזעכלעך גענוצט צו אַוועקלייגן קאָמפּלעקסע אָקסייד פֿילמען און העטעראָסטרוקטורן. בעת דעם PLD וואוקס פּראָצעס, ווערט פאָטאָן ענערגיע פֿאַרבונדן צום ציל מאַטעריאַל דורך דעם עלעקטראָן עמיסיע פּראָצעס. אין קאַנטראַסט צו MBE, ווערן PLD קוואַל פּאַרטיקלען געשאַפֿן דורך לאַזער ראַדיאַציע מיט גאָר הויכער ענערגיע (>100 eV) און דערנאָך אַוועקגעלייגט אויף אַ באַהייצטן סאַבסטראַט. אָבער, בעת דעם אַבלאַציע פּראָצעס, וועלן עטלעכע הויך-ענערגיע פּאַרטיקלען גלייך ווירקן אויף דער מאַטעריאַל ייבערפלאַך, שאַפֿן פּונקט חסרונות און אַזוי רעדוצירן די קוואַליטעט פֿון דעם פֿילם. ענלעך צו דער MBE מעטאָדע, קען RHEED גענוצט ווערן צו מאָניטאָרירן די ייבערפלאַך סטרוקטור און מאָרפֿאָלאָגיע פֿון דעם מאַטעריאַל אין פאַקטישער צייט בעת דעם PLD β-Ga2O3 אַוועקלייג פּראָצעס, וואָס דערמעגלעכט פֿאָרשער צו אַקיעראַטלי באַקומען וואוקס אינפֿאָרמאַציע. דער PLD מעטאָדע ווערט געריכט צו וואַקסן העכסט קאַנדאַקטיוו β-Ga2O3 פֿילמען, מאַכנדיג עס אַן אָפּטימיזירטע אָהמישע קאָנטאַקט לייזונג אין Ga2O3 מאַכט דעוויסעס.

פיגור 10 AFM בילד פון סיליציום דאָפּירט Ga2O3

2.5 MIST-CVD מעטאָד

MIST-CVD איז אַ רעלאַטיוו פּשוטע און קאָסטן-עפעקטיווע דין-פילם וואוקס טעכנאָלאָגיע. די CVD מעטאָדע באַשטייט פון שפּריצן אַן אַטאָמיזירטן פאָרגייער אויף אַ סאַבסטראַט צו דערגרייכן דין-פילם דעפּאָזיציע. אָבער, ביז איצט, Ga2O3 וואָס וואַקסט מיט מיסט CVD פעלט נאָך גוטע עלעקטרישע אייגנשאַפטן, וואָס לאָזט אַ סך פּלאַץ פֿאַר פֿאַרבעסערונג און אָפּטימיזאַציע אין דער צוקונפֿט.