ኦክሳይድ የተደረገበት የቆመ እህል እና ኤፒታክሲያል የእድገት ቴክኖሎጂ-Ⅱ

2. የኤፒታክሲያል ቀጭን ፊልም እድገት

ንጣፉ ለ Ga2O3 የኃይል መሳሪያዎች አካላዊ የድጋፍ ንብርብር ወይም አስተላላፊ ንብርብር ይሰጣል። ቀጣዩ አስፈላጊ ንብርብር ለቮልቴጅ መቋቋም እና ተሸካሚ ትራንስፖርት የሚያገለግል የቻናል ንብርብር ወይም ኤፒታክሲያል ንብርብር ነው። የመበላሸት ቮልቴጅን ለመጨመር እና የኮንዳክሽን መቋቋምን ለመቀነስ፣ ሊቆጣጠር የሚችል ውፍረት እና የዶፒንግ ክምችት እንዲሁም ጥሩ የቁስ ጥራት አንዳንድ ቅድመ ሁኔታዎች ናቸው። ከፍተኛ ጥራት ያላቸው የ Ga2O3 ኤፒታክሲያል ንብርብሮች በተለምዶ የሚቀመጡት በሞለኪውላር ቢም ኤፒታክሲ (MBE)፣ በብረት ኦርጋኒክ ኬሚካል ትነት ማስቀመጫ (MOCVD)፣ በሃላይድ ትነት ማስቀመጫ (HVPE)፣ በ pulsed laser deposition (PLD) እና በጭጋግ CVD ላይ የተመሰረቱ የማስቀመጫ ቴክኒኮችን በመጠቀም ነው።

ሠንጠረዥ 2 አንዳንድ ውክልና ያላቸው ኤፒታክሲያል ቴክኖሎጂዎች

2.1 የኤምቢኢ ዘዴ

የኤምቢኢ ቴክኖሎጂ እጅግ በጣም ከፍተኛ የቫክዩም አካባቢ እና ከፍተኛ የቁሳቁስ ንፅህና ስላለው ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን፣ ጉድለት የሌላቸውን የβ-Ga2O3 ፊልሞችን ከቁጥጥር ውጭ በሆነ የn-አይነት ዶፒንግ የማምረት ችሎታው ይታወቃል። በዚህም ምክንያት፣ በስፋት ከተጠኑት እና ለንግድ ከተዘጋጁት የβ-Ga2O3 ቀጭን የፊልም ማስቀመጫ ቴክኖሎጂዎች አንዱ ሆኗል። በተጨማሪም፣ የኤምቢኢ ዘዴ ከፍተኛ ጥራት ያለው፣ ዝቅተኛ ዶፒድ ሄትሮስትሩክቸር β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 ቀጭን የፊልም ንብርብር በተሳካ ሁኔታ አዘጋጅቷል። ኤምቢኢ ከፍተኛ የኃይል ኤሌክትሮን ዲፍራክሽን (RHEED) በመጠቀም የገጽታ መዋቅርን እና ሞርፎሎጂን በእውነተኛ ጊዜ በአቶሚክ ንብርብር ትክክለኛነት መከታተል ይችላል። ሆኖም፣ የኤምቢኢ ቴክኖሎጂን በመጠቀም የሚበቅሉ የβ-Ga2O3 ፊልሞች አሁንም እንደ ዝቅተኛ የእድገት መጠን እና አነስተኛ የፊልም መጠን ያሉ ብዙ ተግዳሮቶች ያጋጥሟቸዋል። ጥናቱ የእድገት መጠኑ በ (010)>(001)>(−201)>(100) ቅደም ተከተል ውስጥ እንደነበር አረጋግጧል። በትንሹ በጋ-ሀብታም ሁኔታዎች ውስጥ፣ β-Ga2O3 (010) ለስላሳ ወለል እና ከፍተኛ የእድገት መጠን ያለው ምርጥ እድገት ያሳያል። ይህንን ዘዴ በመጠቀም፣ β-Ga2O3 ኤፒታክሲ በ0.1 nm. β-Ga2O3 የRMS ሻካራነት በተሳካ ሁኔታ ተገኝቷል። በጋ-ሀብታም አካባቢ፣ በተለያዩ የሙቀት መጠኖች የሚበቅሉ የMBE ፊልሞች በስዕሉ ላይ ይታያሉ። ኖቭል ክሪስታል ቴክኖሎጂ ኢንክ. 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE ዋፈርዎችን በተሳካ ሁኔታ በኤፒታክሲያል አምርቷል። ከፍተኛ ጥራት ያላቸው (010) ተኮር β-Ga2O3 ነጠላ ክሪስታል ንጣፎችን ከ500 μm ውፍረት እና ከ150 ቅስት ሰከንዶች በታች XRD FWHM ያቀርባሉ። ንጣፉ Sn doped ወይም Fe doped ነው። የSn-doped conductive substrate ከ1E18 እስከ 9E18cm−3 የሚደርስ የዶፒንግ ክምችት ያለው ሲሆን፣ በብረት-doped ከፊል-ኢንሱሌሽን substrate ደግሞ ከ10E10 Ω ሴሜ በላይ የሆነ የመቋቋም አቅም አለው።

2.2 የ MOCVD ዘዴ

MOCVD ቀጭን ፊልሞችን ለማሳደግ የብረት ኦርጋኒክ ውህዶችን እንደ ቅድመ-ቅጥያ ቁሳቁሶች ይጠቀማል፣ በዚህም ምክንያት ትልቅ የንግድ ምርት ያስገኛል። MOCVD ዘዴን በመጠቀም Ga2O3ን ሲያመርቱ፣ ትሪሜቲልጋሊየም (TMGa)፣ ትሪኤቲልጋሊየም (TEGa) እና Ga (dipentyl glycol formate) ብዙውን ጊዜ እንደ Ga ምንጭ ያገለግላሉ፣ H2O፣ O2 ወይም N2O ደግሞ እንደ ኦክሲጅን ምንጭ ያገለግላሉ። ይህንን ዘዴ በመጠቀም እድገት በአጠቃላይ ከፍተኛ የሙቀት መጠን (>800°C) ይፈልጋል። ይህ ቴክኖሎጂ ዝቅተኛ ተሸካሚ ክምችት እና ከፍተኛ እና ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያለው ኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት የማግኘት አቅም አለው፣ ስለዚህ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን β-Ga2O3 የኃይል መሳሪያዎችን እውን ለማድረግ ትልቅ ጠቀሜታ አለው። ከ MBE የእድገት ዘዴ ጋር ሲነጻጸር፣ MOCVD በከፍተኛ የሙቀት መጠን እድገት እና በኬሚካላዊ ግብረመልሶች ባህሪያት ምክንያት የβ-Ga2O3 ፊልሞችን በጣም ከፍተኛ የእድገት መጠን የማግኘት ጥቅም አለው።

ምስል 7 β-Ga2O3 (010) AFM ምስል

ምስል 8 β-Ga2O3 በμ እና በሉህ መቋቋም መካከል ያለው ግንኙነት በሆል እና በሙቀት መጠን ይለካል

2.3 የኤችቪፒኢ ዘዴ

HVPE የበሰለ የኤፒታክሲያል ቴክኖሎጂ ሲሆን በ III-V ውህድ ሴሚኮንዳክተሮች ኤፒታክሲያል እድገት ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ውሏል። HVPE በዝቅተኛ የምርት ወጪ፣ በፈጣን የእድገት ፍጥነት እና በከፍተኛ የፊልም ውፍረት ይታወቃል። HVPEβ-Ga2O3 ብዙውን ጊዜ ሻካራ የገጽታ ሞርፎሎጂ እና ከፍተኛ የገጽታ ጉድለቶች እና ጉድጓዶች ጥግግት እንዳለው ልብ ሊባል ይገባል። ስለዚህ መሳሪያውን ከማምረትዎ በፊት የኬሚካል እና ሜካኒካል የማጥራት ሂደቶች ያስፈልጋሉ። ለβ-Ga2O3 ኤፒታክሲ የHVPE ቴክኖሎጂ ብዙውን ጊዜ የ (001) β-Ga2O3 ማትሪክስ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ምላሽን ለማስተዋወቅ ጋዝ GaCl እና O2 እንደ ቅድመ-ቅጦች ይጠቀማል። ምስል 9 የኤፒታክሲያል ፊልም የገጽታ ሁኔታ እና የእድገት መጠን እንደ የሙቀት መጠን ያሳያል። በቅርብ ዓመታት ውስጥ የጃፓን ኖቭል ክሪስታል ቴክኖሎጂ ኢንክ. በHVPE ሆሞፒታክሲያል β-Ga2O3 ውስጥ ከፍተኛ የንግድ ስኬት አስመዝግቧል፣ የኤፒታክሲያል ንብርብር ውፍረት ከ5 እስከ 10 μm እና የዋፈር መጠኖች 2 እና 4 ኢንች። በተጨማሪም፣ በቻይና ኤሌክትሮኒክስ ቴክኖሎጂ ግሩፕ ኮርፖሬሽን የሚመረቱ 20 μm ውፍረት ያላቸው HVPE β-Ga2O3 ሆሞኤፒታክሲያል ዋፈርዎችም ወደ ንግድ ደረጃ ገብተዋል።

ምስል 9 የHVPE ዘዴ β-Ga2O3

2.4 የPLD ዘዴ

የPLD ቴክኖሎጂ በዋናነት ውስብስብ የኦክሳይድ ፊልሞችን እና ሄትሮስትራክቸሮችን ለማስቀመጥ ያገለግላል። በPLD የእድገት ሂደት ወቅት የፎቶን ኃይል ከዒላማው ቁሳቁስ ጋር በኤሌክትሮን ልቀት ሂደት በኩል ይጣመራል። ከMBE በተቃራኒ፣ የPLD ምንጭ ቅንጣቶች እጅግ በጣም ከፍተኛ ኃይል (>100 eV) ባለው የሌዘር ጨረር ይፈጠራሉ እና ከዚያም በሞቀ ንጣፍ ላይ ይቀመጣሉ። ሆኖም፣ በአብሌሽን ሂደት ወቅት፣ አንዳንድ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ቅንጣቶች የቁሳቁሱን ወለል በቀጥታ ይነካሉ፣ የነጥብ ጉድለቶችን ይፈጥራሉ እና በዚህም የፊልሙን ጥራት ይቀንሳሉ። ከMBE ዘዴ ጋር ተመሳሳይ፣ RHEED በPLD β-Ga2O3 ማከማቻ ሂደት ውስጥ በእውነተኛ ጊዜ የቁሳቁሱን የወለል መዋቅር እና ሞርፎሎጂ ለመከታተል ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል፣ ይህም ተመራማሪዎች የእድገት መረጃን በትክክል እንዲያገኙ ያስችላቸዋል። የPLD ዘዴው ከፍተኛ ኃይል የሚያስተላልፉ β-Ga2O3 ፊልሞችን እንደሚያሳድግ ይጠበቃል፣ ይህም በGa2O3 የኃይል መሳሪያዎች ውስጥ የተመቻቸ የኦህሚክ ግንኙነት መፍትሄ ያደርገዋል።

ምስል 10 የSi doped Ga2O3 የAFM ምስል

2.5 MIST-CVD ዘዴ

MIST-CVD በአንጻራዊነት ቀላል እና ወጪ ቆጣቢ የሆነ ቀጭን የፊልም እድገት ቴክኖሎጂ ነው። ይህ የCVD ዘዴ ቀጭን የፊልም ክምችት ለማግኘት አቶሚዝድ ፕሪከርደርን በንጣፍ ላይ በመርጨት ምላሽን ያካትታል። ሆኖም ግን፣ እስካሁን ድረስ፣ በጭስ ሲቪዲ የሚበቅለው Ga2O3 አሁንም ጥሩ የኤሌክትሪክ ባህሪያት የሉትም፣ ይህም ለወደፊቱ ለማሻሻል እና ለማመቻቸት ብዙ ቦታ ይተዋል።