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晟鼎RTP快速退火炉:应对氧化镓退火的高温稳定性挑战与解决方案

  能源、信息、国防及轨道交通、电动汽车等领域的快速发展,对功率半导体器件提出了更高耐压、更低损耗及更大功率的要求。氧化镓(Ga2O3)作为新一代半导体材料,凭借超宽禁带、高耐压、低损耗和优异抗极端环境能力,在紫外/红外探测器、激光器、高频通信组件、绝缘层及滤光片等光电子应用领域也展现出广阔的前景。


*氧化镓的主要应用,图片源自文献《超宽禁带半导体β-Ga2O3及深紫外透明电极、日盲探测器的研究进展》,侵删


氧化镓制程核心:退火处理的必要性
  在氧化镓器件制造工艺中,退火处理(Annealing) 是不可或缺的关键步骤,提供热能驱动原子重新排列,促进结构重建,修复因离子注入导致的晶格损伤;通过金属与氧化镓界面发生可控扩散或反应形成低阻接触层;同步优化肖特基接触特性(调控界面态密度与势垒高度);释放前道工艺引入的机械与热应力,增强界面稳定性与器件长期可靠性,优化电气性能。

氧化镓退火处理的关键挑战
  氧化镓在高温环境下极易分解,或在较低温下因环境控制不当造成失氧,且对退火气氛极为敏感,通常需在惰性或特定含氧气氛中操作,以防表面劣化。因此,需要精确控制退火温度,既要保证良好的修复和激活效果,又不能因温度过高造成材料或金属 / 半导体界面劣化。

传统退火(炉管退火)的局限性与影响
  然而,在实际应用中,常用于掺杂激活的炉管退火存在一定局限性:




这些局限性将直接反映在功能器件的性能上:
  1、造成表面粗糙/劣化,破坏器件精细结构和电极接触
  2、氧气逸出产生氧空位(VO),导致n型导电性异常增加,掺杂激活效果下降,降低载流子迁移率
  3、材料内部镓/氧(Ga/O)比例失调,载流子迁移率降低,影响整体电气性能


*氧化镓薄膜在不同退火气氛下的形貌和粗糙度 图源网络,侵删



晟鼎RTP快速退火炉
  可见,在针对氧化镓的退火处理时,需精确调控气体和温度,平衡防分解与退火工艺需求。
  晟鼎 RTP 快速退火炉可针对性解决以上问题,其核心优势可匹配氧化镓对“温度 - 速率 - 气氛” 的高精度要求:
1、超高温场均匀性
  温度均匀性可实现(±3℃(≤600℃)、±0.5℃(>600℃)),避免局部超温或低温,减少分解风险;
2、高精度温度重现性
  温度控制精度达±1℃,确保退火效果的一致性;
3、快速升降温速率
  可达150℃/s,大幅缩短氧化镓在中高温区的暴露时间,减少失氧化现象
4、灵活气氛配置
  标配两组工艺气体通道,可根据需求调节气氛,高效完成气体更换或调整



*RTP全自动双腔快速退火炉


参考文献:
  1、落巨鑫, 高红丽, 邓金祥, 任家辉, 张庆, 李瑞东, 孟雪.退火温度对氧化镓薄膜及紫外探测器性能的影响, 物理学报, 2023, 72(2): 028502. doi: 10.7498/aps.72.20221716
  2.、郭道友, 李培刚, 陈政委, 吴真平, 唐为华. 超宽禁带半导体β-Ga2O3及深紫外透明电极、日盲探测器的研究进展. 物理学报, 2019, 68(7): 078501. doi: 10.7498/aps.68.20181845



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