高温亲水性键合结合离子束剥离技术制备β-Ga2O3/SiC异质集成材料

将β-Ga2O3与高导热SiC衬底异质集成可以有效解决氧化镓高功率电子器件的散热问题。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所游天桂研究员、欧欣研究员和西安电子科技大学韩根全教授等人在Science China Materials发表研究论文，通过高温亲水性键合结合离子束剥离技术，将2英寸的高质量(201) β-Ga2O3单晶薄膜转移到了4H-SiC衬底。

本文要点：

1) 为理解离子束剥离β-Ga2O3薄膜的物理机制，系统地研究了注氢β-Ga2O3表面起泡的演变过程及该过程中气泡内部的压力变化。

2) 采用有限元模拟预测合适的键合温度，通过将β-Ga2O3和4H-SiC晶圆在96 °C的温度下进行高温亲水性键合，有效降低了离子束剥离过程中异质界面上的热应力，防止β-Ga2O3/4H-SiC键合对的解键合以实现薄膜的转移。

3) X射线衍射结果表明，转移的β-Ga2O3薄膜具有窄的衍射峰半高宽，为79.2 arcsec。

4) 对薄膜进行化学机械抛光后，获得了极光滑的表面，均方根粗糙度仅0.1 nm。

采用高温亲水性键合结合离子束剥离技术制备的β-Ga2O3/4H-SiC异质集成材料将成为开发高性能β-Ga2O3功率器件提供实用平台。

文章信息

Shen Z., Xu W., Chen Y., et al. Wafer-scale single-crystalline β-Ga2O3 thin film on SiC substrate by ion-cutting technique with hydrophilic wafer bonding at elevated temperatures. Sci. China Mater. (2022).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2187-2