ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્ટેન્ડિંગ અનાજ અને એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ ટેકનોલોજી-Ⅱ

2. એપિટેક્સિયલ પાતળી ફિલ્મ વૃદ્ધિ

સબસ્ટ્રેટ Ga2O3 પાવર ડિવાઇસ માટે ભૌતિક સપોર્ટ લેયર અથવા વાહક સ્તર પૂરું પાડે છે. આગળનું મહત્વપૂર્ણ સ્તર ચેનલ લેયર અથવા એપિટેક્સિયલ લેયર છે જેનો ઉપયોગ વોલ્ટેજ પ્રતિકાર અને વાહક પરિવહન માટે થાય છે. બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ વધારવા અને વહન પ્રતિકાર ઘટાડવા માટે, નિયંત્રિત જાડાઈ અને ડોપિંગ સાંદ્રતા, તેમજ શ્રેષ્ઠ સામગ્રી ગુણવત્તા, કેટલીક પૂર્વજરૂરીયાતો છે. ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા Ga2O3 એપિટેક્સિયલ લેયર સામાન્ય રીતે મોલેક્યુલર બીમ એપિટેક્સી (MBE), મેટલ ઓર્ગેનિક કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (MOCVD), હેલાઇડ વેપર ડિપોઝિશન (HVPE), પલ્સ્ડ લેસર ડિપોઝિશન (PLD) અને ફોગ CVD આધારિત ડિપોઝિશન તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને જમા કરવામાં આવે છે.

કોષ્ટક 2 કેટલીક પ્રતિનિધિ એપિટેક્સિયલ તકનીકો

૨.૧ MBE પદ્ધતિ

MBE ટેકનોલોજી તેના અતિ-ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશ વાતાવરણ અને ઉચ્ચ સામગ્રી શુદ્ધતાને કારણે નિયંત્રિત n-ટાઇપ ડોપિંગ સાથે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી, ખામી-મુક્ત β-Ga2O3 ફિલ્મો ઉગાડવાની ક્ષમતા માટે પ્રખ્યાત છે. પરિણામે, તે સૌથી વધુ અભ્યાસ કરાયેલ અને સંભવિત વ્યાપારીકૃત β-Ga2O3 પાતળી ફિલ્મ ડિપોઝિશન તકનીકોમાંની એક બની ગઈ છે. વધુમાં, MBE પદ્ધતિએ સફળતાપૂર્વક ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી, ઓછી ડોપ્ડ હેટરોસ્ટ્રક્ચર β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 પાતળી ફિલ્મ સ્તર પણ તૈયાર કરી. MBE પ્રતિબિંબ ઉચ્ચ ઉર્જા ઇલેક્ટ્રોન વિવર્તન (RHEED) નો ઉપયોગ કરીને પરમાણુ સ્તરની ચોકસાઇ સાથે વાસ્તવિક સમયમાં સપાટીની રચના અને આકારશાસ્ત્રનું નિરીક્ષણ કરી શકે છે. જો કે, MBE ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને ઉગાડવામાં આવતી β-Ga2O3 ફિલ્મો હજુ પણ ઘણા પડકારોનો સામનો કરે છે, જેમ કે નીચા વિકાસ દર અને નાના ફિલ્મ કદ. અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું કે વૃદ્ધિ દર (010)>(001)>(−201)>(100) ના ક્રમમાં હતો. 650 થી 750°C ની થોડી Ga-સમૃદ્ધ પરિસ્થિતિઓમાં, β-Ga2O3 (010) સરળ સપાટી અને ઉચ્ચ વૃદ્ધિ દર સાથે શ્રેષ્ઠ વૃદ્ધિ દર્શાવે છે. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને, 0.1 nm ની RMS રફનેસ સાથે β-Ga2O3 એપિટાક્સી સફળતાપૂર્વક પ્રાપ્ત થઈ. β-Ga2O3 Ga-સમૃદ્ધ વાતાવરણમાં, વિવિધ તાપમાને ઉગાડવામાં આવતી MBE ફિલ્મો આકૃતિમાં બતાવવામાં આવી છે. નોવેલ ક્રિસ્ટલ ટેકનોલોજી ઇન્ક. એ સફળતાપૂર્વક એપિટાક્સીલી 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE વેફર્સનું ઉત્પાદન કર્યું છે. તેઓ 500 μm ની જાડાઈ અને 150 આર્ક સેકન્ડથી ઓછી XRD FWHM સાથે ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા (010) લક્ષી β-Ga2O3 સિંગલ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટ પ્રદાન કરે છે. સબસ્ટ્રેટ Sn ડોપેડ અથવા Fe ડોપેડ છે. Sn-ડોપેડ વાહક સબસ્ટ્રેટમાં ડોપિંગ સાંદ્રતા 1E18 થી 9E18cm−3 હોય છે, જ્યારે આયર્ન-ડોપેડ સેમી-ઇન્સ્યુલેટીંગ સબસ્ટ્રેટમાં પ્રતિકારકતા 10E10 Ω cm કરતા વધારે હોય છે.

૨.૨ MOCVD પદ્ધતિ

MOCVD પાતળા ફિલ્મો ઉગાડવા માટે ધાતુના કાર્બનિક સંયોજનોનો ઉપયોગ પૂર્વગામી સામગ્રી તરીકે કરે છે, જેનાથી મોટા પાયે વ્યાપારી ઉત્પાદન પ્રાપ્ત થાય છે. MOCVD પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને Ga2O3 ઉગાડતી વખતે, ટ્રાઇમિથાઇલગેલિયમ (TMGa), ટ્રાઇઇથિલગેલિયમ (TEGa) અને Ga (ડિપેન્ટાઇલ ગ્લાયકોલ ફોર્મેટ) નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે Ga સ્ત્રોત તરીકે થાય છે, જ્યારે H2O, O2 અથવા N2O નો ઉપયોગ ઓક્સિજન સ્ત્રોત તરીકે થાય છે. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને વૃદ્ધિ માટે સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ તાપમાન (>800°C) ની જરૂર પડે છે. આ તકનીકમાં ઓછી વાહક સાંદ્રતા અને ઉચ્ચ અને નીચા તાપમાને ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા પ્રાપ્ત કરવાની ક્ષમતા છે, તેથી તે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન β-Ga2O3 પાવર ઉપકરણોની અનુભૂતિ માટે ખૂબ મહત્વ ધરાવે છે. MBE વૃદ્ધિ પદ્ધતિની તુલનામાં, MOCVD પાસે ઉચ્ચ-તાપમાન વૃદ્ધિ અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની લાક્ષણિકતાઓને કારણે β-Ga2O3 ફિલ્મોના ખૂબ ઊંચા વિકાસ દર પ્રાપ્ત કરવાનો ફાયદો છે.

આકૃતિ 7 β-Ga2O3 (010) AFM છબી

આકૃતિ 8 β-Ga2O3 હોલ અને તાપમાન દ્વારા માપવામાં આવતા μ અને શીટ પ્રતિકાર વચ્ચેનો સંબંધ

૨.૩ HVPE પદ્ધતિ

HVPE એક પરિપક્વ એપિટેક્સિયલ ટેકનોલોજી છે અને III-V કમ્પાઉન્ડ સેમિકન્ડક્ટર્સના એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. HVPE તેના ઓછા ઉત્પાદન ખર્ચ, ઝડપી વૃદ્ધિ દર અને ઉચ્ચ ફિલ્મ જાડાઈ માટે જાણીતું છે. એ નોંધવું જોઈએ કે HVPEβ-Ga2O3 સામાન્ય રીતે ખરબચડી સપાટી મોર્ફોલોજી અને સપાટી ખામીઓ અને ખાડાઓની ઉચ્ચ ઘનતા દર્શાવે છે. તેથી, ઉપકરણનું ઉત્પાદન કરતા પહેલા રાસાયણિક અને યાંત્રિક પોલિશિંગ પ્રક્રિયાઓ જરૂરી છે. β-Ga2O3 એપિટેક્સિ માટે HVPE ટેકનોલોજી સામાન્ય રીતે (001) β-Ga2O3 મેટ્રિક્સની ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહન આપવા માટે વાયુયુક્ત GaCl અને O2 નો પુરોગામી તરીકે ઉપયોગ કરે છે. આકૃતિ 9 તાપમાનના કાર્ય તરીકે એપિટેક્સિયલ ફિલ્મની સપાટીની સ્થિતિ અને વૃદ્ધિ દર દર્શાવે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, જાપાનની નોવેલ ક્રિસ્ટલ ટેકનોલોજી ઇન્ક. એ HVPE હોમોએપિટેક્સિયલ β-Ga2O3 માં નોંધપાત્ર વ્યાપારી સફળતા પ્રાપ્ત કરી છે, જેમાં એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ 5 થી 10 μm અને વેફર કદ 2 અને 4 ઇંચ છે. વધુમાં, ચાઇના ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેકનોલોજી ગ્રુપ કોર્પોરેશન દ્વારા ઉત્પાદિત 20 μm જાડા HVPE β-Ga2O3 હોમોએપિટેક્સિયલ વેફર્સ પણ વ્યાપારીકરણના તબક્કામાં પ્રવેશી ચૂક્યા છે.

આકૃતિ 9 HVPE પદ્ધતિ β-Ga2O3

૨.૪ પીએલડી પદ્ધતિ

PLD ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે જટિલ ઓક્સાઇડ ફિલ્મો અને હેટરોસ્ટ્રક્ચર્સ જમા કરવા માટે થાય છે. PLD વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન પ્રક્રિયા દ્વારા ફોટોન ઊર્જા લક્ષ્ય સામગ્રી સાથે જોડાયેલી હોય છે. MBE થી વિપરીત, PLD સ્ત્રોત કણો અત્યંત ઉચ્ચ ઊર્જા (>100 eV) સાથે લેસર રેડિયેશન દ્વારા રચાય છે અને ત્યારબાદ ગરમ સબસ્ટ્રેટ પર જમા થાય છે. જો કે, એબ્લેશન પ્રક્રિયા દરમિયાન, કેટલાક ઉચ્ચ-ઊર્જા કણો સીધી સામગ્રીની સપાટી પર અસર કરશે, બિંદુ ખામીઓ બનાવશે અને આમ ફિલ્મની ગુણવત્તામાં ઘટાડો કરશે. MBE પદ્ધતિની જેમ, RHEED નો ઉપયોગ PLD β-Ga2O3 જમા કરવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન વાસ્તવિક સમયમાં સામગ્રીની સપાટીની રચના અને આકારશાસ્ત્રનું નિરીક્ષણ કરવા માટે કરી શકાય છે, જે સંશોધકોને વૃદ્ધિની માહિતી સચોટ રીતે મેળવવાની મંજૂરી આપે છે. PLD પદ્ધતિ ખૂબ જ વાહક β-Ga2O3 ફિલ્મો ઉગાડવાની અપેક્ષા રાખે છે, જે તેને Ga2O3 પાવર ઉપકરણોમાં એક ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ ઓમિક સંપર્ક ઉકેલ બનાવે છે.

આકૃતિ 10 Si ડોપેડ Ga2O3 ની AFM છબી

૨.૫ MIST-CVD પદ્ધતિ

MIST-CVD એ પ્રમાણમાં સરળ અને ખર્ચ-અસરકારક પાતળી ફિલ્મ વૃદ્ધિ તકનીક છે. આ CVD પદ્ધતિમાં પાતળી ફિલ્મ નિક્ષેપન પ્રાપ્ત કરવા માટે સબસ્ટ્રેટ પર પરમાણુ પૂર્વગામી છંટકાવની પ્રતિક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. જો કે, અત્યાર સુધી, ઝાકળ CVD નો ઉપયોગ કરીને ઉગાડવામાં આવતા Ga2O3 માં હજુ પણ સારા વિદ્યુત ગુણધર્મોનો અભાવ છે, જે ભવિષ્યમાં સુધારણા અને ઑપ્ટિમાઇઝેશન માટે ઘણો અવકાશ છોડી દે છે.