জারিত দণ্ডায়মান শস্য এবং এপিটেক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রযুক্তি-২

২. এপিট্যাক্সিয়াল পাতলা ফিল্ম বৃদ্ধি

সাবস্ট্রেটটি Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইসগুলির জন্য একটি ভৌত ​​সহায়ক স্তর বা পরিবাহী স্তর প্রদান করে। পরবর্তী গুরুত্বপূর্ণ স্তরটি হলো চ্যানেল স্তর বা এপিটেক্সিয়াল স্তর, যা ভোল্টেজ প্রতিরোধ এবং ক্যারিয়ার পরিবহনের জন্য ব্যবহৃত হয়। ব্রেকডাউন ভোল্টেজ বাড়াতে এবং পরিবাহী প্রতিরোধ কমাতে, নিয়ন্ত্রণযোগ্য পুরুত্ব ও ডোপিং ঘনত্ব, সেইসাথে উপাদানের সর্বোত্তম গুণমান কিছু পূর্বশর্ত। উচ্চ-মানের Ga2O3 এপিটেক্সিয়াল স্তরগুলি সাধারণত মলিকিউলার বিম এপিটেক্সি (MBE), মেটাল অর্গানিক কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (MOCVD), হ্যালাইড ভেপার ডিপোজিশন (HVPE), পালসড লেজার ডিপোজিশন (PLD), এবং ফগ CVD ভিত্তিক ডিপোজিশন কৌশল ব্যবহার করে জমা করা হয়।

সারণি ২ কিছু প্রতিনিধিত্বমূলক এপিট্যাক্সিয়াল প্রযুক্তি

২.১ এমবিই পদ্ধতি

এমবিই (MBE) প্রযুক্তি তার অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম পরিবেশ এবং উপাদানের উচ্চ বিশুদ্ধতার কারণে নিয়ন্ত্রণযোগ্য এন-টাইপ ডোপিং সহ উচ্চ-মানের, ত্রুটিমুক্ত β-Ga2O3 ফিল্ম তৈরি করার ক্ষমতার জন্য বিখ্যাত। ফলস্বরূপ, এটি সবচেয়ে ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা এবং সম্ভাব্য বাণিজ্যিক β-Ga2O3 পাতলা ফিল্ম জমা করার প্রযুক্তিগুলির মধ্যে একটি হয়ে উঠেছে। এছাড়াও, এমবিই পদ্ধতি সফলভাবে একটি উচ্চ-মানের, কম-ডোপড হেটেরোস্ট্রাকচার β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 পাতলা ফিল্ম স্তরও প্রস্তুত করেছে। এমবিই রিফ্লেকশন হাই এনার্জি ইলেকট্রন ডিফ্র্যাকশন (RHEED) ব্যবহার করে পারমাণবিক স্তরের নির্ভুলতার সাথে রিয়েল টাইমে পৃষ্ঠের গঠন এবং রূপবিদ্যা পর্যবেক্ষণ করতে পারে। তবে, এমবিই প্রযুক্তি ব্যবহার করে তৈরি β-Ga2O3 ফিল্মগুলি এখনও অনেক চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়, যেমন কম বৃদ্ধির হার এবং ছোট ফিল্মের আকার। গবেষণায় দেখা গেছে যে বৃদ্ধির হার (010)>(001)>(−201)>(100) ক্রমে ছিল। ৬৫০ থেকে ৭৫০°C তাপমাত্রার সামান্য Ga-সমৃদ্ধ পরিবেশে, β-Ga2O3 (010) একটি মসৃণ পৃষ্ঠ এবং উচ্চ বৃদ্ধির হার সহ সর্বোত্তম বৃদ্ধি প্রদর্শন করে। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে, ০.১ nm RMS রুক্ষতা সহ β-Ga2O3 এপিট্যাক্সি সফলভাবে সম্পন্ন করা হয়েছে। Ga-সমৃদ্ধ পরিবেশে, বিভিন্ন তাপমাত্রায় উৎপন্ন β-Ga2O3 MBE ফিল্মগুলো চিত্রে দেখানো হয়েছে। নোভেল ক্রিস্টাল টেকনোলজি ইনকর্পোরেটেড সফলভাবে ১০ × ১৫ মিমি² β-Ga2O3 MBE ওয়েফার এপিট্যাক্সিয়ালি উৎপাদন করেছে। তারা ৫০০ μm পুরুত্ব এবং ১৫০ আর্ক সেকেন্ডের নিচে XRD FWHM সহ উচ্চ মানের (010) অভিমুখী β-Ga2O3 একক স্ফটিক সাবস্ট্রেট সরবরাহ করে। সাবস্ট্রেটটি Sn ডোপড অথবা Fe ডোপড। Sn-ডোপড পরিবাহী সাবস্ট্রেটের ডোপিং ঘনত্ব 1E18 থেকে 9E18cm−3, অপরদিকে আয়রন-ডোপড অর্ধ-অন্তরক সাবস্ট্রেটের রোধাঙ্ক 10E10 Ω cm-এর চেয়ে বেশি।

২.২ এমওসিভিডি পদ্ধতি

MOCVD পদ্ধতিতে পাতলা ফিল্ম তৈরির জন্য প্রিকার্সর উপাদান হিসেবে মেটাল অর্গানিক যৌগ ব্যবহার করা হয়, যার ফলে বৃহৎ পরিসরে বাণিজ্যিক উৎপাদন সম্ভব হয়। MOCVD পদ্ধতিতে Ga2O3 তৈরির সময়, সাধারণত Ga উৎস হিসেবে ট্রাইমিথাইলগ্যালিয়াম (TMGa), ট্রাইইথাইলগ্যালিয়াম (TEGa) এবং Ga (ডাইপেন্টাইল গ্লাইকোল ফরমেট) ব্যবহার করা হয়, এবং অক্সিজেন উৎস হিসেবে H2O, O2 বা N2O ব্যবহার করা হয়। এই পদ্ধতিতে তৈরির জন্য সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রার (৮০০°C-এর বেশি) প্রয়োজন হয়। এই প্রযুক্তির মাধ্যমে কম ক্যারিয়ার ঘনত্ব এবং উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রায় ইলেকট্রন সচলতা অর্জন করা সম্ভব, তাই উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন β-Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইস বাস্তবায়নের জন্য এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। MBE গ্রোথ পদ্ধতির তুলনায়, উচ্চ-তাপমাত্রার গ্রোথ এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ার বৈশিষ্ট্যের কারণে β-Ga2O3 ফিল্মের অত্যন্ত উচ্চ গ্রোথ রেট অর্জনের সুবিধা MOCVD-এর রয়েছে।

চিত্র 7 β-Ga2O3 (010) AFM চিত্র

চিত্র ৮ β-Ga2O3: হল এবং তাপমাত্রা দ্বারা পরিমাপকৃত শীট রেজিস্ট্যান্স এবং μ-এর মধ্যে সম্পর্ক

২.৩ এইচভিপিই পদ্ধতি

HVPE একটি উন্নত এপিটেক্সিয়াল প্রযুক্তি এবং এটি III-V যৌগিক সেমিকন্ডাক্টরের এপিটেক্সিয়াল বৃদ্ধিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। HVPE তার স্বল্প উৎপাদন খরচ, দ্রুত বৃদ্ধির হার এবং উচ্চ ফিল্ম পুরুত্বের জন্য পরিচিত। উল্লেখ্য যে, HVPEβ-Ga2O3 সাধারণত অমসৃণ পৃষ্ঠতল গঠন এবং উচ্চ ঘনত্বের পৃষ্ঠ ত্রুটি ও গর্ত প্রদর্শন করে। তাই, ডিভাইসটি তৈরির আগে রাসায়নিক এবং যান্ত্রিক পলিশিং প্রক্রিয়ার প্রয়োজন হয়। β-Ga2O3 এপিটেক্সির জন্য HVPE প্রযুক্তিতে সাধারণত (001) β-Ga2O3 ম্যাট্রিক্সের উচ্চ-তাপমাত্রার বিক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করতে প্রিকার্সর হিসেবে গ্যাসীয় GaCl এবং O2 ব্যবহার করা হয়। চিত্র ৯-এ তাপমাত্রার ফাংশন হিসেবে এপিটেক্সিয়াল ফিল্মের পৃষ্ঠের অবস্থা এবং বৃদ্ধির হার দেখানো হয়েছে। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে, জাপানের নোভেল ক্রিস্টাল টেকনোলজি ইনকর্পোরেটেড HVPE হোমোএপিটেক্সিয়াল β-Ga2O3-তে উল্লেখযোগ্য বাণিজ্যিক সাফল্য অর্জন করেছে, যেখানে এপিটেক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব ৫ থেকে ১০ μm এবং ওয়েফারের আকার ২ ও ৪ ইঞ্চি। এছাড়াও, চায়না ইলেকট্রনিক্স টেকনোলজি গ্রুপ কর্পোরেশন কর্তৃক উৎপাদিত ২০ মাইক্রোমিটার পুরু এইচভিপিই বিটা-গ্যালিয়াম অক্সাইড (HVPE β-Ga2O3) হোমোএপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারও বাণিজ্যিকীকরণের পর্যায়ে প্রবেশ করেছে।

চিত্র ৯ এইচভিপিই পদ্ধতি β-Ga2O3

২.৪ পিএলডি পদ্ধতি

পিএলডি প্রযুক্তি প্রধানত জটিল অক্সাইড ফিল্ম এবং হেটেরোস্ট্রাকচার জমা করার জন্য ব্যবহৃত হয়। পিএলডি গ্রোথ প্রক্রিয়ার সময়, ইলেকট্রন নিঃসরণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে টার্গেট উপাদানে ফোটন শক্তি সংযুক্ত করা হয়। এমবিই-এর বিপরীতে, পিএলডি সোর্স কণাগুলো অত্যন্ত উচ্চ শক্তির (>100 eV) লেজার বিকিরণের মাধ্যমে তৈরি হয় এবং পরবর্তীতে একটি উত্তপ্ত সাবস্ট্রেটে জমা হয়। তবে, অ্যাবলেশন প্রক্রিয়ার সময়, কিছু উচ্চ-শক্তির কণা সরাসরি উপাদানের পৃষ্ঠে আঘাত করে, পয়েন্ট ডিফেক্ট তৈরি করে এবং এর ফলে ফিল্মের গুণমান হ্রাস পায়। এমবিই পদ্ধতির মতোই, পিএলডি β-Ga2O3 জমা করার প্রক্রিয়ার সময় রিয়েল টাইমে উপাদানের পৃষ্ঠের গঠন এবং মরফোলজি পর্যবেক্ষণ করতে RHEED ব্যবহার করা যেতে পারে, যা গবেষকদের নির্ভুলভাবে গ্রোথ সম্পর্কিত তথ্য পেতে সাহায্য করে। আশা করা যায়, পিএলডি পদ্ধতির মাধ্যমে উচ্চ পরিবাহী β-Ga2O3 ফিল্ম তৈরি করা যাবে, যা Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইসগুলোতে একটি অপ্টিমাইজড ওহমিক কন্টাক্ট সলিউশন হিসেবে কাজ করবে।

চিত্র ১০: Si ডোপড Ga2O3 এর AFM চিত্র

২.৫ MIST-CVD পদ্ধতি

MIST-CVD হলো একটি তুলনামূলকভাবে সহজ এবং সাশ্রয়ী পাতলা ফিল্ম তৈরির প্রযুক্তি। এই CVD পদ্ধতিতে একটি সাবস্ট্রেটের উপর সূক্ষ্ম কণায় রূপান্তরিত প্রিকার্সর স্প্রে করে পাতলা ফিল্ম জমা করা হয়। তবে, এখন পর্যন্ত মিস্ট CVD ব্যবহার করে তৈরি Ga2O3-এর বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য ভালো নয়, যা ভবিষ্যতে এর উন্নতি ও অপ্টিমাইজেশনের অনেক সুযোগ তৈরি করে।