Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Перечислим основные выполненные работы в данном отчетном периоде. Образцы первой и второй группы подвергли отжигу, который был должен инициировать отделение эпитаксиального слоя, однако, его не произошло. Для принудительной механической эксфолиации был применен эластомерный скотч. С помощью последнего удалось добиться отделения слоёв в обеих группах. Квазиобъемные подложки (слои) β-Ga2O3 полученные из образцов первой группы имели равномерную толщину и гладкую поверхность. Подложки, полученные из образцов второй группы, имели качество существенно ниже и далее не рассматривались. Вероятной причиной неприменимости данного подхода м.б. высокое качество гомоэпитаксиального слоя на интерфейсе слой / подложка. Остаточное содержание Ni из которого был сформирован слой-жертвенник, удалялось путем травления в азотной кислоте. Остатки скотча испарялись с помощью нагрева в муфельной печи или травления образцов в уксусной кислоте. Образцы третьей группы облучались протонами для формирования плоского пустотного слоя на глубине 1µm (тонкий слой) и 20µm (толстый слой) на имплантере ИЛУ-200, и на Циклотроне ФТИ им. А.Ф. Иоффе, соответственно. Далее обе серии образцов подвергались отжигу, который должен быть усилить эффект. С помощью эллипсометра удалось зафиксировать слой пустотных неоднородностей в образцах с тонким слоем, как раз на глубине 1µm. В то же время, применение рамановской спектроскопии не выявило образование пустотного слоя на границе эпитаксиальный слой / подложка. Образцы данной группы также подвергались механическому отделению с применением двустороннего скотча, однако, результат не был достигнут. Вероятной причиной неприменимости данного подхода м.б. высокая радиационная стойкость оксида. Отделенные слои (первая группа) были комплексно исследованы. Применялись методы сканирующей электронной микроскопии (рельеф поверхности), рентгеновской энерго-дисперсной спектроскопии (химический состав), профилометрии (шероховатость поверхности), рентгеноструктурного анализа (фазовый состав и кристаллическое совершенство слоёв). Можно констатировать, что гомоэпитаксиальные слои β-Ga2O3, выращенные и отделенные при использовании Ni слоя-жертвенника, имеют высокие характеристики, позволяющие использовать их при создании полупроводниковых гетероструктур. На последнем этапе реализации проекта был произведен перенос отдельно-стоящих квазиобъемных подложек (слоёв) β-Ga2O3 на epi-ready подложки SiC с помощью вакуумного пинцета. Закрепление слоёв осуществлялось токопроводящим клеем. Таким образом, получена структура, в которой толстые слои ультраширокозонного полупроводника с крайне низкой теплопроводностью, Ga2O3, подвергающиеся потенциальному нагреву, получают возможность эффективного теплоотвода. В данном отчетном периоде основными научными результатами являются: Впервые методом HVPE выращены гомоэпитаксиальные слои моноклинного оксида галлия на подложках ориентаций (¯201) и (100). Произведена их характеризация, которая показала, что кристаллическое совершенство слоя (¯201) β-Ga2O3 выше (размер когерентных доменов порядка 1800 nm), чем на плоскостях (100) и (010). Достигнуты следующие скорости роста: для (¯201) ~ 10 µm/h, для (010) ~ 1.5 μm/h, для (100) ~0.5 µm/h. Впервые методом mist-CVD выращены гомоэпитаксиальные слои моноклинного оксида галлия на подложках ориентаций (¯201) и (100) через Ni маску. Достигнуты толщины слоёв 4µm и 1.5μm для (¯201) и (100) β-Ga2O3, соответственно. Слои имеют монокристаллическую структуру. Так, кристаллическое совершенство (метод XRD, FWHM) для слоя (¯201) и (100) составляет величину 0.94 и 2.88arcmin, соответственно. Определены параметры процесса роста, при которых данные толщины достигнуты: основной прекурсор ацетилацетонат (acac), транспортный газ Ar (ВЧ, 99.998%), частота вибратора 2.4MHz, температура роста 950°C, продолжительность роста 3 часа. При исследовании плоскости спайности (100) были зафиксированы террасы размерами 10 - 200µm, поверхность которых имеет низкую шероховатость, делая их пригодными к процессу эпитаксиального роста (epi-ready). При отжиге при 1100°C в течение 5 часов было достигнуто повышение кристаллического совершенства (возрастание среднего размера когерентных доменов) и снижение дефектности кристалла в виде уменьшения плотность ямок травления в 40 раз. Впервые были выращены гомоэпитаксиальные слои на подложках (¯201) β-Ga2O3 методом mist-CVD. В качестве прекурсора применялся ацетилацетонат (0.02 mol/l) с HCl. частота вибратора 2.4MHz, Ar в качестве транспортного газа (1.5 l/min). Температура роста 950°C, наклон подложка-держателя 45°. Достигнута скорость роста 2 μm/h. Кристаллическое совершенство слоя (метод XRD, FWHM) составляет 52 arcsec. Слой обладает высокой химической гомогенностью. Предложен алгоритм процесса эксфолиации гомоэпитаксиального слоя ориентации (100) от подложки оксида галлия моноклинной структуры. В качестве слоя-жертвенника использовалась Ni маска толщиной 200nm, сконфигурированная в виде капель субмикронного размера. Гомоэпитаксиальный слой выращивался методом mist-CVD. Отделение производилось механически после термообработки. Полученный слой представляет собой когерентную мозаику с высокой степенью кристаллического совершенства, значение FWHM (метод XRD) составляет 3.77arcmin. поверхность такой отдельно-стоящей квазиобъемной подложки (слоя) гладкая, химически гомогенная.