2. ការលូតលាស់ស្រទាប់ស្តើង Epitaxial
ស្រទាប់ខាងក្រោមផ្តល់នូវស្រទាប់ទ្រទ្រង់រូបវន្ត ឬស្រទាប់ដឹកនាំសម្រាប់ឧបករណ៍ថាមពល Ga2O3។ ស្រទាប់សំខាន់បន្ទាប់គឺស្រទាប់ឆានែល ឬស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីល ដែលប្រើសម្រាប់ភាពធន់នឹងវ៉ុល និងការដឹកជញ្ជូនឧបករណ៍ផ្ទុក។ ដើម្បីបង្កើនវ៉ុលបំបែក និងកាត់បន្ថយភាពធន់នឹងចរន្ត កម្រាស់ដែលអាចគ្រប់គ្រងបាន និងកំហាប់ដូពីង ក៏ដូចជាគុណភាពសម្ភារៈល្អបំផុត គឺជាតម្រូវការជាមុនមួយចំនួន។ ស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីល Ga2O3 ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ជាធម្មតាត្រូវបានដាក់ដោយប្រើអេពីតាក់ស៊ីធ្នឹមម៉ូលេគុល (MBE) ការដាក់ចំហាយគីមីសរីរាង្គលោហៈ (MOCVD) ការដាក់ចំហាយហាលីដ (HVPE) ការដាក់ចំហាយឡាស៊ែរជីពចរ (PLD) និងបច្ចេកទេសដាក់ចំហាយដោយផ្អែកលើអ័ព្ទ CVD។
តារាងទី 2 បច្ចេកវិទ្យា epitaxial តំណាងមួយចំនួន
២.១ វិធីសាស្ត្រ MBE
បច្ចេកវិទ្យា MBE មានភាពល្បីល្បាញដោយសារសមត្ថភាពរបស់វាក្នុងការដាំដុះខ្សែភាពយន្ត β-Ga2O3 ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ គ្មានបញ្ហាជាមួយនឹងការបន្ថែមសារធាតុប្រភេទ n ដែលអាចគ្រប់គ្រងបាន ដោយសារតែបរិយាកាសកន្លែងទំនេរខ្ពស់ខ្លាំង និងភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់នៃសម្ភារៈ។ ជាលទ្ធផល វាបានក្លាយជាបច្ចេកវិទ្យាដាក់ស្រទាប់ខ្សែភាពយន្តស្តើង β-Ga2O3 ដែលត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងទូលំទូលាយ និងមានសក្តានុពលធ្វើពាណិជ្ជកម្មបំផុត។ លើសពីនេះ វិធីសាស្ត្រ MBE ក៏បានរៀបចំស្រទាប់ខ្សែភាពយន្តស្តើង β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធ heterostructure ទាប ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ដោយជោគជ័យ។ MBE អាចតាមដានរចនាសម្ព័ន្ធផ្ទៃ និងរូបរាងក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែងជាមួយនឹងភាពជាក់លាក់នៃស្រទាប់អាតូម ដោយប្រើការឆ្លុះបញ្ចាំងអេឡិចត្រុងថាមពលខ្ពស់ (RHEED)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ខ្សែភាពយន្ត β-Ga2O3 ដែលដាំដុះដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យា MBE នៅតែប្រឈមមុខនឹងបញ្ហាប្រឈមជាច្រើន ដូចជាអត្រាកំណើនទាប និងទំហំខ្សែភាពយន្តតូច។ ការសិក្សាបានរកឃើញថា អត្រាកំណើនគឺស្ថិតនៅក្នុងលំដាប់ (010)>(001)>(-201)>(100)។ ក្រោមលក្ខខណ្ឌសម្បូរ Ga បន្តិចពី 650 ទៅ 750°C β-Ga2O3 (010) បង្ហាញពីការលូតលាស់ល្អបំផុតជាមួយនឹងផ្ទៃរលោង និងអត្រាកំណើនខ្ពស់។ ដោយប្រើវិធីសាស្ត្រនេះ epitaxy β-Ga2O3 ត្រូវបានសម្រេចដោយជោគជ័យជាមួយនឹងភាពរដុប RMS 0.1 nm។ β-Ga2O3 នៅក្នុងបរិស្ថានសម្បូរ Ga ខ្សែភាពយន្ត MBE ដែលដាំដុះនៅសីតុណ្ហភាពផ្សេងៗគ្នាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព។ ក្រុមហ៊ុន Novel Crystal Technology Inc. បានផលិតបន្ទះ β-Ga2O3MBE ទំហំ 10 × 15mm2 ដោយជោគជ័យ។ ពួកវាផ្តល់នូវស្រទាប់ខាងក្រោមគ្រីស្តាល់តែមួយ β-Ga2O3 ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ (010) ដែលមានកម្រាស់ 500 μm និង XRD FWHM ក្រោម 150 arc seconds។ ស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានបន្ថែម Sn ឬ Fe។ ស្រទាប់ខាងក្រោមដែលដឹកនាំបានដោយប្រើ Sn មានកំហាប់ដូបពី 1E18 ដល់ 9E18cm−3 ខណៈដែលស្រទាប់ខាងក្រោមពាក់កណ្ដាលអ៊ីសូឡង់ដែលមានដែកបន្ថែមមានរេស៊ីស្តង់ខ្ពស់ជាង 10E10 Ω cm-3។
២.២ វិធីសាស្ត្រ MOCVD
MOCVD ប្រើប្រាស់សមាសធាតុសរីរាង្គលោហៈជាវត្ថុធាតុដើមដើម្បីដាំខ្សែភាពយន្តស្តើងៗ ដោយហេតុនេះសម្រេចបាននូវផលិតកម្មពាណិជ្ជកម្មទ្រង់ទ្រាយធំ។ នៅពេលដាំ Ga2O3 ដោយប្រើវិធីសាស្ត្រ MOCVD ជាធម្មតា trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) និង Ga (dipentyl glycol formate) ត្រូវបានប្រើជាប្រភព Ga ខណៈពេលដែល H2O, O2 ឬ N2O ត្រូវបានប្រើជាប្រភពអុកស៊ីសែន។ ការដាំដោយប្រើវិធីសាស្ត្រនេះជាទូទៅតម្រូវឱ្យមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (>800°C)។ បច្ចេកវិទ្យានេះមានសក្តានុពលក្នុងការសម្រេចបាននូវកំហាប់ផ្ទុកទាប និងការចល័តអេឡិចត្រុងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងទាប ដូច្នេះវាមានសារៈសំខាន់យ៉ាងខ្លាំងចំពោះការសម្រេចបាននូវឧបករណ៍ថាមពល β-Ga2O3 ដែលមានដំណើរការខ្ពស់។ បើប្រៀបធៀបជាមួយវិធីសាស្ត្រដាំ MBE MOCVD មានគុណសម្បត្តិក្នុងការសម្រេចបានអត្រាកំណើនខ្ពស់នៃខ្សែភាពយន្ត β-Ga2O3 ដោយសារតែលក្ខណៈនៃការលូតលាស់សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងប្រតិកម្មគីមី។
រូបភាពទី 7 β-Ga2O3 (010) រូបភាព AFM
រូបភាពទី 8 β-Ga2O3 ទំនាក់ទំនងរវាង μ និងភាពធន់នៃសន្លឹកដែលវាស់ដោយ Hall និងសីតុណ្ហភាព
២.៣ វិធីសាស្ត្រ HVPE
HVPE គឺជាបច្ចេកវិទ្យា epitaxial ចាស់ទុំ ហើយត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងការលូតលាស់ epitaxial នៃ semiconductor សមាសធាតុ III-V។ HVPE ត្រូវបានគេស្គាល់ដោយសារថ្លៃដើមផលិតកម្មទាប អត្រាកំណើនលឿន និងកម្រាស់ខ្សែភាពយន្តខ្ពស់។ គួរកត់សម្គាល់ថា HVPEβ-Ga2O3 ជាធម្មតាបង្ហាញរូបរាងផ្ទៃរដុប និងដង់ស៊ីតេខ្ពស់នៃពិការភាព និងរណ្តៅផ្ទៃ។ ដូច្នេះ ដំណើរការប៉ូលាគីមី និងមេកានិចត្រូវបានទាមទារមុនពេលផលិតឧបករណ៍។ បច្ចេកវិទ្យា HVPE សម្រាប់ epitaxyl β-Ga2O3 ជាធម្មតាប្រើឧស្ម័ន GaCl និង O2 ជាសារធាតុមុនដើម្បីជំរុញប្រតិកម្មសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៃម៉ាទ្រីស (001) β-Ga2O3។ រូបភាពទី 9 បង្ហាញពីស្ថានភាពផ្ទៃ និងអត្រាកំណើននៃខ្សែភាពយន្ត epitaxial ជាមុខងារនៃសីតុណ្ហភាព។ ក្នុងរយៈពេលប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះ ក្រុមហ៊ុន Novel Crystal Technology Inc. របស់ប្រទេសជប៉ុន ទទួលបានជោគជ័យផ្នែកពាណិជ្ជកម្មយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុង HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 ជាមួយនឹងកម្រាស់ស្រទាប់ epitaxial ពី 5 ទៅ 10 μm និងទំហំ wafer ពី 2 និង 4 អ៊ីញ។ លើសពីនេះ បន្ទះបន្ទះហូម៉ូអេពីតាក់ស៊ី HVPE β-Ga2O3 កម្រាស់ 20 μm ដែលផលិតដោយក្រុមហ៊ុន China Electronics Technology Group Corporation ក៏បានចូលដល់ដំណាក់កាលធ្វើពាណិជ្ជកម្មផងដែរ។
រូបភាពទី 9 វិធីសាស្ត្រ HVPE β-Ga2O3
២.៤ វិធីសាស្ត្រ PLD
បច្ចេកវិទ្យា PLD ត្រូវបានប្រើជាចម្បងដើម្បីដាក់ខ្សែភាពយន្តអុកស៊ីដស្មុគស្មាញ និងរចនាសម្ព័ន្ធមិនដូចគ្នា (heterostructures)។ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការលូតលាស់ PLD ថាមពលហ្វូតុងត្រូវបានភ្ជាប់ទៅនឹងសម្ភារៈគោលដៅតាមរយៈដំណើរការបញ្ចេញអេឡិចត្រុង។ ផ្ទុយពី MBE ភាគល្អិតប្រភព PLD ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយវិទ្យុសកម្មឡាស៊ែរដែលមានថាមពលខ្ពស់បំផុត (>100 eV) ហើយបន្ទាប់មកដាក់លើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានកំដៅ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ ablation ភាគល្អិតថាមពលខ្ពស់មួយចំនួននឹងប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅលើផ្ទៃសម្ភារៈ ដែលបង្កើតជាចំណុចខ្វះខាត ហើយដូច្នេះកាត់បន្ថយគុណភាពនៃខ្សែភាពយន្ត។ ស្រដៀងគ្នាទៅនឹងវិធីសាស្ត្រ MBE ដែរ RHEED អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីតាមដានរចនាសម្ព័ន្ធផ្ទៃ និងរូបរាងនៃសម្ភារៈក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែងក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការដាក់ PLD β-Ga2O3 ដែលអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកស្រាវជ្រាវទទួលបានព័ត៌មានលូតលាស់បានត្រឹមត្រូវ។ វិធីសាស្ត្រ PLD ត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងដាំខ្សែភាពយន្ត β-Ga2O3 ដែលមានចរន្តខ្ពស់ ដែលធ្វើឱ្យវាក្លាយជាដំណោះស្រាយទំនាក់ទំនងអូមិចដ៏ល្អប្រសើរនៅក្នុងឧបករណ៍ថាមពល Ga2O3។
រូបភាពទី 10 រូបភាព AFM នៃ Ga2O3 ដែលមាន Si បន្ថែម
២.៥ វិធីសាស្ត្រ MIST-CVD
MIST-CVD គឺជាបច្ចេកវិទ្យាលូតលាស់ស្រទាប់ស្តើងដែលមានលក្ខណៈសាមញ្ញ និងចំណាយតិច។ វិធីសាស្ត្រ CVD នេះពាក់ព័ន្ធនឹងប្រតិកម្មនៃការបាញ់សារធាតុបឋមដែលមានអាតូមទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម ដើម្បីសម្រេចបាននូវការដាក់ស្រទាប់ស្តើង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រហូតមកដល់ពេលនេះ Ga2O3 ដែលដាំដុះដោយប្រើអ័ព្ទ CVD នៅតែខ្វះលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីល្អ ដែលទុកកន្លែងច្រើនសម្រាប់ការកែលម្អ និងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនាពេលអនាគត។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី 30 ខែឧសភា ឆ្នាំ 2024