β-(AlxInyGa(1-x-y))2O3 tabakalarının düşük basınç kimyasal biriktirme (LPCVD) ile büyütülmesi ve aygıt uygulamalarının gerçekleştirlmesi


Gür E. , Akyol F.(Executive)

TUBITAK Project, 2019 - 2022

  • Project Type: TUBITAK Project
  • Begin Date: September 2019
  • End Date: September 2022

Project Abstract

Silisyum tabanlı yarıiletken teknolojisinin yaygınlığındaki en büyük etken, bir çok uygulama için uygun olan bant aralığı ve temel özellikleri yanında düşük maliyetle üretilebilmesidir. Ancak yüksek sıcaklık, yüksek elektriksel güç ve yüksek bant aralığı gerektiren (örneğin güneş körü fotodedektörler) uygulamalarda Silisyum talebi karşılayamamaktadır. Sonraki dönemlerde her ne kadar geniş bant aralıklı malzemeler araştırıldıysa da, yüksek büyütme maliyeti yaygınlaşmanın önünde engel teşkil etmiştir.

Son yıllarda 4.8 eV bant aralığına sahip  monoklinik Galyum Oksit  (β-Ga2O3)’in eriyikden (düşük maliyet) büyütülmesi başarılmıştır. Bu durum yarıiletkenler ailesinde Silisyumun ardından yeni bir çağın başlaması olarak görülmüş ve uzun bir dönem çalışılacağı tahmin edilmektedir. Her ne kadar eriyikden büyütme yöntemleriyle altaş malzemeler temin edilebilse de, karmaşık tabakaların yer aldığı aygıt büyütmeleri için ince film büyütme teknikleri kullanılması gerekmektedir.  Son dönemde düşük maliyetli ve endüstriyel üretim için uygun yapıya sahip düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme (LPCVD) sistemiyle yüksek büyütme hızıyla (1.8 µm/s) iyi kalitede β-Ga2O3 tabakalar üretilebilmiştir.

Bu projede, temel olarak halen bir çok eksikliği ve araştırılmaya muhtaç yönleri bulunan β-(InxAlyGa(1-x-y))2O3 tabakaların LPCVD sistemiyle büyütmesi yapılacak olup, güneş körü foto dedektör uygulamaları için simulasyonu ve fotodedektör ve güç diyot aygıtları üretilecektir. LPCVD sistemiyle büyütmesi araştırılacak olan β-(InxAlyGa(1-x-y))2O3 temel olarak yedi çeşit özgün çalışmayla incelenecektir:

i.      Literatürde kullanılan kuvars (SiO2) pota yerine, Pyrolytic Bor Nitrür (PBN) pota kullanılacaktır. Böylece Silisyum kirlenmesinin (Silisyum n-tipi katkıdır) önüne geçilip, aygıt uygulamaları için çok kritik öneme sahip istem dışı katkılanma miktarı (UID) minimize edilecektir.

ii.     Daha büyük yüksek bant aralığına (4.8 eV-8eV) sahip β-(AlxGa(1-x))2O3 tabakalar, yüksek büyütme hızı (>2 µm/s) ve düşük UID seviyesiyle üretilecektir.

iii.    β-Ga2O3 büyütmesi LPCVD sistemiyle ucuz (111) Silisyum üzerine yüksek büyütme hızı (>2 µm/s) altında gerşekleştirilecektir.

iv.    LPCVD sistemiyle araştırılması henüz yapılmamış olan düşük bant aralığına (2.9 eV-4.8eV) sahip β-(InxGa(1-x))2O3 tabakaları yüksek büyütme hızıyla elde edilecektir.

v.     LPCVD sistemiyle çoklu kristal yapıda (111) β-Ga2O3’in nisbeten daha yüksek büyütme hızıyla elde edilebildiği (11-20) safir altaş üzerine yapılan büyütmede; (1) değişen açılarda vicinal (11-20) safir alttaş kullanıp, (2) Indiyum’un yüzey aktif madde etkisinin de dahil edilmesiyle, tek kristal yapıda ve düşük kusur seviyesindeki β-Ga2O3 tabakaları rekor LPCVD büyütme hızıyla (>4 µm/s) elde edilebilmesi beklenmektedir.

vi.    Silvaco TCAD simülasyonuyla belli seviyeye getirilmiş olan güneş körü foto dedektörlerinin optimizasyonunu içeren çalışma tamamlanacaktır.

vii.   Yukarda bahsi geçen araştırmaların güneş körü foto dedektör ve yüksek güçlü elektronik aygıt uygulamaları gerçekleştirilecektir.

Kurulacak LPCVD sistemi, basit modifikasyonlar ardından farklı malzeme sistemleri de üretilebilecektir Diğer taraftan geliştirilecek mikro boyuttaki fotolitografi ve fabrikasyon teknikleriyle, bu projede olduğu kadar gelecek projeler ve ortak çalışmalar için de temel teşkil edecek kazanımlar elde edilecektir.