জারণযুক্ত স্থায়ী শস্য এবং এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রযুক্তি-Ⅱ

2. এপিট্যাক্সিয়াল পাতলা ফিল্ম বৃদ্ধি

সাবস্ট্রেটটি Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইসের জন্য একটি ভৌত ​​সাপোর্ট লেয়ার বা পরিবাহী স্তর প্রদান করে। পরবর্তী গুরুত্বপূর্ণ স্তর হল চ্যানেল লেয়ার বা এপিট্যাক্সিয়াল লেয়ার যা ভোল্টেজ রেজিস্ট্যান্স এবং ক্যারিয়ার ট্রান্সপোর্টের জন্য ব্যবহৃত হয়। ব্রেকডাউন ভোল্টেজ বাড়াতে এবং পরিবাহী রেজিস্ট্যান্স কমাতে, নিয়ন্ত্রণযোগ্য বেধ এবং ডোপিং ঘনত্ব, সেইসাথে সর্বোত্তম উপাদানের গুণমান, কিছু পূর্বশর্ত। উচ্চ মানের Ga2O3 এপিট্যাক্সিয়াল লেয়ারগুলি সাধারণত আণবিক রশ্মি এপিট্যাক্সি (MBE), ধাতব জৈব রাসায়নিক বাষ্প জমা (MOCVD), হ্যালাইড বাষ্প জমা (HVPE), পালসড লেজার জমা (PLD) এবং ফগ সিভিডি ভিত্তিক জমা কৌশল ব্যবহার করে জমা করা হয়।

সারণী 2 কিছু প্রতিনিধিত্বমূলক এপিট্যাক্সিয়াল প্রযুক্তি

২.১ এমবিই পদ্ধতি

MBE প্রযুক্তি তার অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম পরিবেশ এবং উচ্চ উপাদান বিশুদ্ধতার কারণে নিয়ন্ত্রণযোগ্য n-টাইপ ডোপিং সহ উচ্চ-মানের, ত্রুটি-মুক্ত β-Ga2O3 ফিল্ম তৈরির ক্ষমতার জন্য বিখ্যাত। ফলস্বরূপ, এটি সর্বাধিক ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা এবং সম্ভাব্য বাণিজ্যিকীকরণযোগ্য β-Ga2O3 পাতলা ফিল্ম ডিপোজিশন প্রযুক্তিগুলির মধ্যে একটি হয়ে উঠেছে। এছাড়াও, MBE পদ্ধতিটি সফলভাবে একটি উচ্চ-মানের, কম-ডোপযুক্ত হেটেরোস্ট্রাকচার β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 পাতলা ফিল্ম স্তরও তৈরি করেছে। MBE প্রতিফলন উচ্চ শক্তি ইলেকট্রন বিবর্তন (RHEED) ব্যবহার করে পারমাণবিক স্তর নির্ভুলতার সাথে বাস্তব সময়ে পৃষ্ঠের গঠন এবং রূপবিদ্যা পর্যবেক্ষণ করতে পারে। তবে, MBE প্রযুক্তি ব্যবহার করে উত্থিত β-Ga2O3 ফিল্মগুলি এখনও অনেক চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়, যেমন কম বৃদ্ধির হার এবং ছোট ফিল্ম আকার। গবেষণায় দেখা গেছে যে বৃদ্ধির হার (010)>(001)>(−201)>(100) এর ক্রম অনুসারে ছিল। ৬৫০ থেকে ৭৫০°C তাপমাত্রায় সামান্য Ga সমৃদ্ধ পরিবেশে, β-Ga2O3 (010) মসৃণ পৃষ্ঠ এবং উচ্চ বৃদ্ধির হারের সাথে সর্বোত্তম বৃদ্ধি প্রদর্শন করে। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে, 0.1 nm RMS রুক্ষতা সহ β-Ga2O3 এপিট্যাক্সি সফলভাবে অর্জন করা হয়েছে। β-Ga2O3 একটি Ga সমৃদ্ধ পরিবেশে, বিভিন্ন তাপমাত্রায় উত্থিত MBE ফিল্ম চিত্রে দেখানো হয়েছে। নভেল ক্রিস্টাল টেকনোলজি ইনকর্পোরেটেড সফলভাবে এপিট্যাক্সিভাবে 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE ওয়েফার তৈরি করেছে। তারা 500 μm পুরুত্ব সহ উচ্চমানের (010) ভিত্তিক β-Ga2O3 একক স্ফটিক সাবস্ট্রেট এবং 150 আর্ক সেকেন্ডের নিচে XRD FWHM প্রদান করে। সাবস্ট্রেটটি Sn ডোপড বা Fe ডোপড। Sn-ডোপেড পরিবাহী সাবস্ট্রেটের ডোপিং ঘনত্ব 1E18 থেকে 9E18cm−3, যেখানে আয়রন-ডোপেড আধা-অন্তরক সাবস্ট্রেটের প্রতিরোধ ক্ষমতা 10E10 Ωcm এর চেয়ে বেশি।

২.২ MOCVD পদ্ধতি

MOCVD পাতলা ফিল্ম তৈরির জন্য ধাতব জৈব যৌগগুলিকে পূর্বসূরী উপকরণ হিসেবে ব্যবহার করে, যার ফলে বৃহৎ আকারে বাণিজ্যিক উৎপাদন অর্জন করা যায়। MOCVD পদ্ধতি ব্যবহার করে Ga2O3 চাষ করার সময়, ট্রাইমিথাইলগ্যালিয়াম (TMGa), ট্রাইইথাইলগ্যালিয়াম (TEGa) এবং Ga (ডাইপেন্টাইল গ্লাইকল ফর্মেট) সাধারণত Ga উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয়, যেখানে H2O, O2 বা N2O অক্সিজেন উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয়। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে বৃদ্ধির জন্য সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রা (>800°C) প্রয়োজন হয়। এই প্রযুক্তিতে কম বাহক ঘনত্ব এবং উচ্চ এবং নিম্ন তাপমাত্রার ইলেকট্রন গতিশীলতা অর্জনের সম্ভাবনা রয়েছে, তাই উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন β-Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইস বাস্তবায়নের জন্য এটি অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ। MBE বৃদ্ধি পদ্ধতির তুলনায়, MOCVD উচ্চ-তাপমাত্রার বৃদ্ধি এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ার বৈশিষ্ট্যের কারণে β-Ga2O3 ফিল্মের খুব উচ্চ বৃদ্ধির হার অর্জনের সুবিধা রাখে।

চিত্র 7 β-Ga2O3 (010) AFM চিত্র

চিত্র 8 β-Ga2O3 হল এবং তাপমাত্রা দ্বারা পরিমাপ করা μ এবং শীট প্রতিরোধের মধ্যে সম্পর্ক

২.৩ এইচভিপিই পদ্ধতি

HVPE একটি পরিপক্ক এপিট্যাক্সিয়াল প্রযুক্তি এবং III-V যৌগিক সেমিকন্ডাক্টরের এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। HVPE তার কম উৎপাদন খরচ, দ্রুত বৃদ্ধির হার এবং উচ্চ ফিল্ম বেধের জন্য পরিচিত। এটি লক্ষ করা উচিত যে HVPEβ-Ga2O3 সাধারণত রুক্ষ পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা এবং পৃষ্ঠের ত্রুটি এবং গর্তের উচ্চ ঘনত্ব প্রদর্শন করে। অতএব, ডিভাইসটি তৈরির আগে রাসায়নিক এবং যান্ত্রিক পলিশিং প্রক্রিয়া প্রয়োজন। β-Ga2O3 এপিট্যাক্সির জন্য HVPE প্রযুক্তি সাধারণত (001) β-Ga2O3 ম্যাট্রিক্সের উচ্চ-তাপমাত্রা বিক্রিয়াকে উৎসাহিত করার জন্য গ্যাসীয় GaCl এবং O2 কে পূর্বসূরী হিসাবে ব্যবহার করে। চিত্র 9 তাপমাত্রার ক্রিয়া হিসাবে এপিট্যাক্সিয়াল ফিল্মের পৃষ্ঠের অবস্থা এবং বৃদ্ধির হার দেখায়। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, জাপানের নভেল ক্রিস্টাল টেকনোলজি ইনকর্পোরেটেড HVPE হোমোপিট্যাক্সিয়াল β-Ga2O3-তে উল্লেখযোগ্য বাণিজ্যিক সাফল্য অর্জন করেছে, এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব 5 থেকে 10 μm এবং ওয়েফার আকার 2 এবং 4 ইঞ্চি। এছাড়াও, চায়না ইলেকট্রনিক্স টেকনোলজি গ্রুপ কর্পোরেশন কর্তৃক উৎপাদিত ২০ μm পুরু HVPE β-Ga2O3 হোমিওপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারগুলিও বাণিজ্যিকীকরণের পর্যায়ে প্রবেশ করেছে।

চিত্র 9 HVPE পদ্ধতি β-Ga2O3

২.৪ পিএলডি পদ্ধতি

PLD প্রযুক্তি মূলত জটিল অক্সাইড ফিল্ম এবং হেটেরোস্ট্রাকচার জমা করার জন্য ব্যবহৃত হয়। PLD বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময়, ইলেকট্রন নির্গমন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ফোটন শক্তি লক্ষ্য উপাদানের সাথে সংযুক্ত করা হয়। MBE এর বিপরীতে, PLD উৎস কণাগুলি অত্যন্ত উচ্চ শক্তি (>100 eV) সহ লেজার বিকিরণ দ্বারা গঠিত হয় এবং পরবর্তীতে একটি উত্তপ্ত সাবস্ট্রেটে জমা হয়। যাইহোক, অ্যাবলেশন প্রক্রিয়ার সময়, কিছু উচ্চ-শক্তি কণা সরাসরি উপাদানের পৃষ্ঠের উপর প্রভাব ফেলবে, বিন্দু ত্রুটি তৈরি করবে এবং এইভাবে ফিল্মের গুণমান হ্রাস করবে। MBE পদ্ধতির অনুরূপ, PLD β-Ga2O3 জমা প্রক্রিয়ার সময় বাস্তব সময়ে উপাদানের পৃষ্ঠের গঠন এবং রূপবিদ্যা পর্যবেক্ষণ করতে RHEED ব্যবহার করা যেতে পারে, যা গবেষকদের সঠিকভাবে বৃদ্ধির তথ্য পেতে দেয়। PLD পদ্ধতিটি অত্যন্ত পরিবাহী β-Ga2O3 ফিল্ম বৃদ্ধি করবে বলে আশা করা হচ্ছে, যা এটি Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইসগুলিতে একটি অপ্টিমাইজড ওহমিক যোগাযোগ সমাধান করে তুলবে।

চিত্র ১০: Si ডোপেড Ga2O3 এর AFM চিত্র

২.৫ এমআইএসটি-সিভিডি পদ্ধতি

MIST-CVD একটি তুলনামূলকভাবে সহজ এবং সাশ্রয়ী পাতলা ফিল্ম বৃদ্ধির প্রযুক্তি। এই CVD পদ্ধতিতে পাতলা ফিল্ম জমা করার জন্য একটি সাবস্ট্রেটের উপর একটি পরমাণুযুক্ত পূর্বসূরী স্প্রে করার প্রতিক্রিয়া জড়িত। তবে, এখনও পর্যন্ত, কুয়াশা CVD ব্যবহার করে জন্মানো Ga2O3-তে এখনও ভাল বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যের অভাব রয়েছে, যা ভবিষ্যতে উন্নতি এবং অপ্টিমাইজেশনের জন্য অনেক জায়গা ছেড়ে দেয়।