ऑक्सिडाइज्ड स्टँडिंग ग्रेन आणि एपिटॅक्सियल ग्रोथ टेक्नॉलॉजी-Ⅱ

२. एपिटॅक्सियल पातळ फिल्म वाढ

सब्सट्रेट Ga2O3 पॉवर उपकरणांसाठी एक भौतिक आधार स्तर किंवा वाहक स्तर प्रदान करतो. पुढील महत्त्वाचा स्तर म्हणजे चॅनेल स्तर किंवा एपिटॅक्सियल स्तर जो व्होल्टेज प्रतिरोध आणि वाहक वाहतुकीसाठी वापरला जातो. ब्रेकडाउन व्होल्टेज वाढवण्यासाठी आणि वाहक प्रतिरोध कमी करण्यासाठी, नियंत्रित जाडी आणि डोपिंग एकाग्रता, तसेच इष्टतम सामग्री गुणवत्ता या काही पूर्व-आवश्यकता आहेत. उच्च दर्जाचे Ga2O3 एपिटॅक्सियल स्तर सामान्यतः आण्विक बीम एपिटॅक्सी (MBE), धातूचे सेंद्रिय रासायनिक वाष्प निक्षेपण (MOCVD), हॅलाइड वाष्प निक्षेपण (HVPE), स्पंदित लेसर निक्षेपण (PLD) आणि धुके CVD आधारित निक्षेपण तंत्रांचा वापर करून जमा केले जातात.

तक्ता २ काही प्रातिनिधिक एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञान

२.१ एमबीई पद्धत

MBE तंत्रज्ञान त्याच्या अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम वातावरणामुळे आणि उच्च सामग्री शुद्धतेमुळे नियंत्रित करण्यायोग्य n-प्रकार डोपिंगसह उच्च-गुणवत्तेच्या, दोष-मुक्त β-Ga2O3 फिल्म्स वाढवण्याच्या क्षमतेसाठी प्रसिद्ध आहे. परिणामी, ते सर्वात व्यापकपणे अभ्यासले गेलेले आणि संभाव्यतः व्यावसायिकीकृत β-Ga2O3 पातळ फिल्म डिपॉझिशन तंत्रज्ञानांपैकी एक बनले आहे. याव्यतिरिक्त, MBE पद्धतीने उच्च-गुणवत्तेचे, कमी-डोप केलेले हेटेरोस्ट्रक्चर β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 पातळ फिल्म थर देखील यशस्वीरित्या तयार केले. MBE परावर्तन उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (RHEED) वापरून अणु थर अचूकतेसह रिअल टाइममध्ये पृष्ठभागाची रचना आणि आकारविज्ञान निरीक्षण करू शकते. तथापि, MBE तंत्रज्ञानाचा वापर करून वाढवलेल्या β-Ga2O3 फिल्म्सना अजूनही कमी वाढीचा दर आणि लहान फिल्म आकार यासारख्या अनेक आव्हानांना तोंड द्यावे लागते. अभ्यासात असे आढळून आले की वाढीचा दर (010)>(001)>(−201)>(100) च्या क्रमाने होता. ६५० ते ७५०°C च्या किंचित Ga-समृद्ध परिस्थितीत, β-Ga2O3 (010) गुळगुळीत पृष्ठभाग आणि उच्च वाढीचा दरासह इष्टतम वाढ दर्शवितो. या पद्धतीचा वापर करून, 0.1 nm च्या RMS खडबडीतपणासह β-Ga2O3 एपिटॅक्सी यशस्वीरित्या साध्य करण्यात आली. β-Ga2O3 Ga-समृद्ध वातावरणात, वेगवेगळ्या तापमानात वाढवलेल्या MBE फिल्म्स आकृतीमध्ये दर्शविल्या आहेत. नोव्हेल क्रिस्टल टेक्नॉलॉजी इंक. ने यशस्वीरित्या एपिटॅक्सिली 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE वेफर्स तयार केले आहेत. ते 500 μm जाडीसह उच्च दर्जाचे (010) ओरिएंटेड β-Ga2O3 सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट्स आणि 150 आर्क सेकंदांपेक्षा कमी XRD FWHM प्रदान करतात. सब्सट्रेट Sn डोपेड किंवा Fe डोपेड आहे. Sn-डोपेड कंडक्टिव्ह सब्सट्रेटमध्ये डोपिंग सांद्रता 1E18 ते 9E18cm−3 असते, तर आयर्न-डोपेड सेमी-इन्सुलेटिंग सब्सट्रेटची प्रतिरोधकता 10E10 Ω सेमी पेक्षा जास्त असते.

२.२ एमओसीव्हीडी पद्धत

MOCVD पातळ फिल्म्स वाढवण्यासाठी धातूच्या सेंद्रिय संयुगांचा पूर्ववर्ती पदार्थ म्हणून वापर करते, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात व्यावसायिक उत्पादन मिळते. MOCVD पद्धतीने Ga2O3 वाढवताना, ट्रायमिथाइलगॅलियम (TMGa), ट्रायथिलगॅलियम (TEGa) आणि Ga (डायपेंटाइल ग्लायकॉल फॉर्मेट) हे सहसा Ga स्त्रोत म्हणून वापरले जातात, तर H2O, O2 किंवा N2O हे ऑक्सिजन स्त्रोत म्हणून वापरले जातात. या पद्धतीचा वापर करून वाढीसाठी सामान्यतः उच्च तापमान (>800°C) आवश्यक असते. या तंत्रज्ञानामध्ये कमी वाहक एकाग्रता आणि उच्च आणि कमी तापमानातील इलेक्ट्रॉन गतिशीलता प्राप्त करण्याची क्षमता आहे, म्हणून उच्च-कार्यक्षमता β-Ga2O3 पॉवर डिव्हाइसेसच्या प्राप्तीसाठी ते खूप महत्वाचे आहे. MBE वाढ पद्धतीच्या तुलनेत, MOCVD ला उच्च-तापमान वाढ आणि रासायनिक अभिक्रियांच्या वैशिष्ट्यांमुळे β-Ga2O3 फिल्म्सचा खूप उच्च वाढ दर प्राप्त करण्याचा फायदा आहे.

आकृती 7 β-Ga2O3 (010) AFM प्रतिमा

आकृती 8 β-Ga2O3 हॉल आणि तापमानाने मोजलेले μ आणि शीट प्रतिरोध यांच्यातील संबंध

२.३ एचव्हीपीई पद्धत

HVPE ही एक परिपक्व एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञान आहे आणि III-V कंपाऊंड सेमीकंडक्टरच्या एपिटॅक्सियल वाढीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते. HVPE त्याच्या कमी उत्पादन खर्चासाठी, जलद वाढीचा दरासाठी आणि उच्च फिल्म जाडीसाठी ओळखले जाते. हे लक्षात घेतले पाहिजे की HVPEβ-Ga2O3 सहसा खडबडीत पृष्ठभागाचे आकारविज्ञान आणि पृष्ठभागावरील दोष आणि खड्ड्यांची उच्च घनता दर्शवते. म्हणून, उपकरण तयार करण्यापूर्वी रासायनिक आणि यांत्रिक पॉलिशिंग प्रक्रिया आवश्यक असतात. β-Ga2O3 एपिटॅक्सीसाठी HVPE तंत्रज्ञान सामान्यतः (001) β-Ga2O3 मॅट्रिक्सच्या उच्च-तापमान अभिक्रियेला चालना देण्यासाठी वायूयुक्त GaCl आणि O2 चा पूर्वसूचक म्हणून वापर करते. आकृती 9 तापमानाच्या कार्य म्हणून एपिटॅक्सियल फिल्मची पृष्ठभागाची स्थिती आणि वाढीचा दर दर्शवते. अलिकडच्या वर्षांत, जपानच्या नोव्हेल क्रिस्टल टेक्नॉलॉजी इंक. ने HVPE होमोएपिटाक्सियल β-Ga2O3 मध्ये लक्षणीय व्यावसायिक यश मिळवले आहे, ज्यामध्ये एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी 5 ते 10 μm आणि वेफर आकार 2 आणि 4 इंच आहेत. याशिवाय, चायना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नॉलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशनने उत्पादित केलेले २० μm जाडीचे HVPE β-Ga2O3 होमोएपिटाक्सियल वेफर्स देखील व्यावसायिकीकरणाच्या टप्प्यात प्रवेश केले आहेत.

आकृती ९ HVPE पद्धत β-Ga2O3

२.४ पीएलडी पद्धत

PLD तंत्रज्ञानाचा वापर प्रामुख्याने जटिल ऑक्साईड फिल्म्स आणि हेटेरोस्ट्रक्चर्स जमा करण्यासाठी केला जातो. PLD वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान, इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन प्रक्रियेद्वारे फोटॉन ऊर्जा लक्ष्य सामग्रीशी जोडली जाते. MBE च्या विपरीत, PLD स्रोत कण अत्यंत उच्च उर्जेसह (>100 eV) लेसर रेडिएशनद्वारे तयार होतात आणि नंतर गरम सब्सट्रेटवर जमा होतात. तथापि, पृथक्करण प्रक्रियेदरम्यान, काही उच्च-ऊर्जा कण थेट सामग्रीच्या पृष्ठभागावर परिणाम करतात, ज्यामुळे बिंदू दोष निर्माण होतात आणि त्यामुळे फिल्मची गुणवत्ता कमी होते. MBE पद्धतीप्रमाणेच, PLD β-Ga2O3 निक्षेपण प्रक्रियेदरम्यान रिअल टाइममध्ये सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या संरचनेचे आणि आकारविज्ञानाचे निरीक्षण करण्यासाठी RHEED चा वापर केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे संशोधकांना वाढीची माहिती अचूकपणे मिळू शकते. PLD पद्धतीमुळे उच्च प्रवाहकीय β-Ga2O3 फिल्म्स वाढण्याची अपेक्षा आहे, ज्यामुळे ते Ga2O3 पॉवर डिव्हाइसेसमध्ये एक ऑप्टिमाइझ केलेले ओमिक संपर्क समाधान बनते.

आकृती १० Si डोपेड Ga2O3 ची AFM प्रतिमा

२.५ एमआयएसटी-सीव्हीडी पद्धत

MIST-CVD ही तुलनेने सोपी आणि किफायतशीर पातळ फिल्म वाढ तंत्रज्ञान आहे. या CVD पद्धतीमध्ये पातळ फिल्म जमा करण्यासाठी सब्सट्रेटवर अणुयुक्त पूर्वसूचक फवारण्याची प्रतिक्रिया समाविष्ट आहे. तथापि, आतापर्यंत, धुके CVD वापरून वाढवलेल्या Ga2O3 मध्ये अजूनही चांगले विद्युत गुणधर्म नाहीत, ज्यामुळे भविष्यात सुधारणा आणि ऑप्टिमायझेशनसाठी भरपूर जागा आहे.