Описание проекта
Оксид галлия (Ga2O3) – сверхширокозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны от 4,3 до 5,3 эВ. Он является одним из самых изучаемых и перспективных полупроводниковых материалов на сегодняшний день. Ga2O3 имеет 6 кристаллических аллотропных модификаций, из которых одна (β-Ga2O3) является стабильной, наиболее изученной и коммерчески освоенной. На промышленном уровне уже освоен процесс получения монокристаллических пластин данной модификации и на их основе выпускаются изделия для экстремальной электроники (высокие температуры, радиация, большие токи и напряжения).
Однако, малоизученными остаются остальные 5 метастабильных модификаций оксида галлия, и их коммерческий потенциал все еще не освоен. Основными методами получения данных модификаций являются методы осаждения пленок из газовой фазы (физические и химические). Исследования по технологии получения оксида галлия в пленочном и низкоразмерном формах находятся на начальной стадии, успехи в этом направлении значительно расширят перечень возможных приборных структур.
Одним из часто используемых методов синтеза пленок оксида галлия является метод магнетронного распыления. Керамическая мишень из Ga2O3 является высокоомной, поэтому для ее распыления используют метод высокочастотного магнетронного распыления (ВЧ-распыления). Недостатком данного метода, помимо сложности и дороговизны оборудования, является низкие скорости роста пленок и ограничения по масштабированию технологии для получения пленок на подложках больших размеров.
Принципиальным отличием предлагаемого нами метода синтеза пленок Ga2O3 от других является то, что в качестве распыляемой мишени используется непосредственно металлическая мишень (Ga), а процесс распыления происходит в среде аргон-кислород (реактивное магнетронное распыление). Возникающие в процессе работы проблемы, присущие реактивному магнетронному распылению, будут решены с использованием современных импульсных источников питания (MF – импульсный среднечастотный режим (униполярные и биполярные источники питания), HiPIMS – сильноточное импульсное магнетронное распыление).
Наш проект направлен на разработку воспроизводимой технологии синтеза тонких пленок оксида галлия различных кристаллических модификаций методом реактивного магнетронного распыления металлической мишени, изучение их свойств, изготовление на их основе лабораторного образца солнечно-слепого фотодетектора.
В рамках проекта предполагается решить следующие задачи:
- Оптимизация технологии получения эпитаксиальных и текстурированных пленок оксида галлия различных кристаллических модификаций методом магнетронного распыления мишени из галлия в среде «аргон-кислород».
- Исследование зависимости физических свойств получаемых пленок от условий роста и постростовой обработки (отжига) в различных средах.
- Изготовление лабораторного образца солнечно-слепого фотодетектора на основе полученных пленок и определение его характеристик.
Итоговым продуктом нашего проекта является изготовленный по новой технологии синтеза образец солнечно-слепого фотодетектора на основе оксида галлия. Данные фотодетекторы находят широкое применение в системах противоракетной обороны, в средствах безопасной космической связи, в системах детектирования глубокого ультрафиолета и пр. Рыночная ниша солнечно-слепых фотодетекторов является незанятой или частично занятой на рынке при том, что рынок солнечно-слепых фотодетекторов развивается стремительными темпами и является перспективным на сегодняшний день. В условиях санкций и необходимости импортозамещения требуется создание и последовательное развитие собственного производства в нашей стране солнечно-слепых фотодетекторов на основе Ga2O3. Прогнозируется, что мировой рынок оксида галлия будет расти огромными темпами из-за его широкой сферы применения: к 2028 году объем мирового рынка оксида галлия достигнет нескольких десятков миллионов долларов США по сравнению с 2021 годом.
