၂။ Epitaxial အလွှာပါးကြီးထွားမှု
အောက်ခံအလွှာသည် Ga2O3 ပါဝါကိရိယာများအတွက် ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာအထောက်အပံ့အလွှာ သို့မဟုတ် လျှပ်ကူးပစ္စည်းအလွှာကို ပံ့ပိုးပေးသည်။ နောက်ထပ်အရေးကြီးသောအလွှာမှာ ဗို့အားခံနိုင်ရည်နှင့် သယ်ဆောင်သူသယ်ယူပို့ဆောင်ရေးအတွက် အသုံးပြုသည့် channel layer သို့မဟုတ် epitaxial layer ဖြစ်သည်။ ပြိုကွဲနေသောဗို့အားကို တိုးမြှင့်ရန်နှင့် လျှပ်ကူးပစ္စည်းခံနိုင်ရည်ကို လျှော့ချရန်အတွက် ထိန်းချုပ်နိုင်သောအထူနှင့် doping အာရုံစူးစိုက်မှုအပြင် အကောင်းဆုံးပစ္စည်းအရည်အသွေးတို့သည် အချို့သောကြိုတင်လိုအပ်ချက်များဖြစ်သည်။ အရည်အသွေးမြင့် Ga2O3 epitaxial အလွှာများကို molecular beam epitaxy (MBE)၊ metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)၊ halide vapor deposition (HVPE)၊ pulsed laser deposition (PLD) နှင့် fog CVD based deposition နည်းပညာများကို အသုံးပြု၍ ပုံမှန်အားဖြင့် စုပုံလေ့ရှိသည်။
ဇယား ၂ ကိုယ်စားပြု epitaxial နည်းပညာအချို့
၂.၁ MBE နည်းလမ်း
MBE နည်းပညာသည် ၎င်း၏ အလွန်မြင့်မားသော လေဟာနယ်ပတ်ဝန်းကျင်နှင့် ပစ္စည်းသန့်စင်မှုမြင့်မားခြင်းကြောင့် ထိန်းချုပ်နိုင်သော n-type doping ဖြင့် အရည်အသွေးမြင့်၊ အပြစ်အနာအဆာကင်းသော β-Ga2O3 ဖလင်များကို စိုက်ပျိုးနိုင်စွမ်းအတွက် ကျော်ကြားသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့် ၎င်းသည် အကျယ်ပြန့်ဆုံး လေ့လာထားပြီး စီးပွားဖြစ်အသုံးပြုနိုင်သော β-Ga2O3 ပါးလွှာသော ဖလင် deposition နည်းပညာများထဲမှ တစ်ခုဖြစ်လာခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ MBE နည်းလမ်းသည် အရည်အသွေးမြင့်၊ doped နည်းသော heterostructure β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 ပါးလွှာသော ဖလင်အလွှာကိုလည်း အောင်မြင်စွာ ပြင်ဆင်ခဲ့သည်။ MBE သည် reflection high energy electron diffraction (RHEED) ကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် မျက်နှာပြင်ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် morphology ကို အက်တမ်အလွှာတိကျမှုဖြင့် အချိန်နှင့်တပြေးညီ စောင့်ကြည့်နိုင်သည်။ သို့သော်၊ MBE နည်းပညာကို အသုံးပြု၍ စိုက်ပျိုးထားသော β-Ga2O3 ဖလင်များသည် ကြီးထွားမှုနှုန်းနည်းခြင်းနှင့် ဖလင်အရွယ်အစားသေးငယ်ခြင်းကဲ့သို့သော စိန်ခေါ်မှုများစွာနှင့် ရင်ဆိုင်နေရဆဲဖြစ်သည်။ လေ့လာမှုအရ ကြီးထွားမှုနှုန်းသည် (010)>(001)>(-201)>(100) အစီအစဉ်တွင်ရှိကြောင်း တွေ့ရှိခဲ့သည်။ ၆၅၀ မှ ၇၅၀°C အထိ Ga အနည်းငယ်ကြွယ်ဝသောအခြေအနေများတွင် β-Ga2O3 (010) သည် ချောမွေ့သောမျက်နှာပြင်နှင့် မြင့်မားသောကြီးထွားမှုနှုန်းဖြင့် အကောင်းဆုံးကြီးထွားမှုကို ပြသသည်။ ဤနည်းလမ်းကို အသုံးပြု၍ β-Ga2O3 epitaxy ကို 0.1 nm RMS roughness ဖြင့် အောင်မြင်စွာရရှိခဲ့သည်။ β-Ga2O3 Ga ကြွယ်ဝသောပတ်ဝန်းကျင်တွင်၊ မတူညီသောအပူချိန်များတွင် ကြီးထွားလာသော MBE ဖလင်များကို ပုံတွင်ပြသထားသည်။ Novel Crystal Technology Inc. သည် 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE wafers များကို epitaxially အောင်မြင်စွာထုတ်လုပ်ခဲ့သည်။ ၎င်းတို့သည် 500 μm အထူနှင့် 150 arc seconds အောက် XRD FWHM ရှိသော အရည်အသွေးမြင့် (010) oriented β-Ga2O3 single crystal substrates များကို ပေးစွမ်းသည်။ substrate သည် Sn doped သို့မဟုတ် Fe doped ဖြစ်သည်။ Sn-doped conductive substrate တွင် doping concentration 1E18 မှ 9E18cm−3 အထိ ရှိပြီး၊ iron-doped semi-insulating substrate တွင် resistivity 10E10 Ω cm-3 ထက်မြင့်သည်။
၂.၂ MOCVD နည်းလမ်း
MOCVD သည် သတ္တုအော်ဂဲနစ်ဒြပ်ပေါင်းများကို ရှေ့ပြေးပစ္စည်းများအဖြစ် အသုံးပြု၍ ပါးလွှာသောဖလင်များ ကြီးထွားစေပြီး ကြီးမားသော စီးပွားဖြစ်ထုတ်လုပ်မှုကို ရရှိစေပါသည်။ MOCVD နည်းလမ်းကို အသုံးပြု၍ Ga2O3 ကြီးထွားစေသည့်အခါ trimethylgallium (TMGa)၊ triethylgallium (TEGa) နှင့် Ga (dipentyl glycol formate) တို့ကို Ga အရင်းအမြစ်အဖြစ် အသုံးပြုလေ့ရှိပြီး H2O၊ O2 သို့မဟုတ် N2O ကို အောက်ဆီဂျင်အရင်းအမြစ်အဖြစ် အသုံးပြုပါသည်။ ဤနည်းလမ်းကို အသုံးပြု၍ ကြီးထွားစေရန်အတွက် ယေဘုယျအားဖြင့် မြင့်မားသောအပူချိန် (>800°C) လိုအပ်ပါသည်။ ဤနည်းပညာသည် သယ်ဆောင်မှုနည်းပါးသော အာရုံစူးစိုက်မှုနှင့် မြင့်မားသောနှင့် နိမ့်သောအပူချိန် အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်စွမ်းကို ရရှိရန် အလားအလာရှိသောကြောင့် ၎င်းသည် မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော β-Ga2O3 ပါဝါကိရိယာများကို အကောင်အထည်ဖော်ရာတွင် အလွန်အရေးပါပါသည်။ MBE ကြီးထွားမှုနည်းလမ်းနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက MOCVD သည် မြင့်မားသောအပူချိန်ကြီးထွားမှုနှင့် ဓာတုဓာတ်ပြုမှုများ၏ ဝိသေသလက္ခဏာများကြောင့် β-Ga2O3 ဖလင်များ၏ အလွန်မြင့်မားသောကြီးထွားမှုနှုန်းကို ရရှိရန် အားသာချက်ရှိသည်။
ပုံ 7 β-Ga2O3 (010) AFM ပုံ
ပုံ ၈ β-Ga2O3 Hall နှင့် အပူချိန်ဖြင့် တိုင်းတာသော μ နှင့် sheet resistance အကြား ဆက်နွယ်မှု
၂.၃ HVPE နည်းလမ်း
HVPE သည် ရင့်ကျက်သော epitaxial နည်းပညာတစ်ခုဖြစ်ပြီး III-V ဒြပ်ပေါင်း semiconductor များ၏ epitaxial ကြီးထွားမှုတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုခဲ့သည်။ HVPE သည် ၎င်း၏ ထုတ်လုပ်မှုကုန်ကျစရိတ်နည်းပါးခြင်း၊ ကြီးထွားမှုနှုန်းမြန်ဆန်ခြင်းနှင့် film အထူမြင့်မားခြင်းတို့အတွက် လူသိများသည်။ HVPEβ-Ga2O3 သည် မျက်နှာပြင်ကြမ်းတမ်းသောပုံသဏ္ဍာန်နှင့် မျက်နှာပြင်ချို့ယွင်းချက်များနှင့် အပေါက်များ၏ သိပ်သည်းဆမြင့်မားခြင်းကို ပြသလေ့ရှိကြောင်း သတိပြုသင့်သည်။ ထို့ကြောင့် စက်ပစ္စည်းကို ထုတ်လုပ်ခြင်းမပြုမီ ဓာတုဗေဒနှင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ඔප දැමීමလုပ်ငန်းစဉ်များ လိုအပ်ပါသည်။ β-Ga2O3 epitaxy အတွက် HVPE နည်းပညာသည် (001) β-Ga2O3 matrix ၏ အပူချိန်မြင့်မားသော ဓာတ်ပြုမှုကို မြှင့်တင်ရန်အတွက် ဓာတ်ငွေ့ GaCl နှင့် O2 ကို ရှေ့ပြေးပစ္စည်းများအဖြစ် အသုံးပြုလေ့ရှိသည်။ ပုံ ၉ တွင် အပူချိန်၏ လုပ်ဆောင်ချက်အနေဖြင့် epitaxial film ၏ မျက်နှာပြင်အခြေအနေနှင့် ကြီးထွားမှုနှုန်းကို ပြသထားသည်။ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း ဂျပန်နိုင်ငံ၏ Novel Crystal Technology Inc. သည် epitaxial အလွှာအထူ ၅ မှ ၁၀ μm နှင့် wafer အရွယ်အစား ၂ နှင့် ၄ လက်မဖြင့် HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 တွင် သိသာထင်ရှားသော စီးပွားရေးအောင်မြင်မှုကို ရရှိခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ China Electronics Technology Group Corporation မှ ထုတ်လုပ်သော 20 μm အထူ HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial wafers များသည်လည်း စီးပွားဖြစ်ထုတ်လုပ်သည့်အဆင့်သို့ ဝင်ရောက်လာပါပြီ။
ပုံ ၉ HVPE နည်းလမ်း β-Ga2O3
၂.၄ PLD နည်းလမ်း
PLD နည်းပညာကို အဓိကအားဖြင့် ရှုပ်ထွေးသော အောက်ဆိုဒ်ဖလင်များနှင့် မတူညီသောဖွဲ့စည်းပုံများကို သိုက်လုပ်ရန် အသုံးပြုသည်။ PLD ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ဖိုတွန်စွမ်းအင်ကို အီလက်ထရွန်ထုတ်လွှတ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်မှတစ်ဆင့် ပစ်မှတ်ပစ္စည်းနှင့် ချိတ်ဆက်ထားသည်။ MBE နှင့်မတူဘဲ၊ PLD အရင်းအမြစ်အမှုန်များကို အလွန်မြင့်မားသောစွမ်းအင် (>100 eV) ရှိသော လေဆာရောင်ခြည်ဖြင့် ဖွဲ့စည်းပြီးနောက် အပူပေးထားသောအလွှာပေါ်တွင် သိုက်လုပ်သည်။ သို့သော်၊ ablation လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း၊ မြင့်မားသောစွမ်းအင်အမှုန်အချို့သည် ပစ္စည်းမျက်နှာပြင်ကို တိုက်ရိုက်သက်ရောက်မှုရှိပြီး၊ အစက်အပြောက်ချို့ယွင်းချက်များ ဖန်တီးပေးပြီး ဖလင်၏အရည်အသွေးကို လျော့ကျစေသည်။ MBE နည်းလမ်းနှင့်ဆင်တူသည်၊ RHEED ကို PLD β-Ga2O3 သိုက်လုပ်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ပစ္စည်း၏ မျက်နှာပြင်ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် morphology ကို အချိန်နှင့်တပြေးညီ စောင့်ကြည့်ရန် အသုံးပြုနိုင်ပြီး သုတေသီများသည် ကြီးထွားမှုအချက်အလက်များကို တိကျစွာရရှိနိုင်စေပါသည်။ PLD နည်းလမ်းသည် အလွန်လျှပ်ကူးနိုင်သော β-Ga2O3 ဖလင်များကို ကြီးထွားစေရန် မျှော်လင့်ထားပြီး Ga2O3 ပါဝါစက်ပစ္စည်းများတွင် အကောင်းဆုံး ohmic contact ဖြေရှင်းချက်တစ်ခုဖြစ်စေသည်။
ပုံ ၁၀ Si ပါဝင်သော Ga2O3 ၏ AFM ပုံ
၂.၅ MIST-CVD နည်းလမ်း
MIST-CVD သည် ရိုးရှင်းပြီး ကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော ပါးလွှာသော အလွှာကြီးထွားမှု နည်းပညာတစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤ CVD နည်းလမ်းတွင် အဏုမြူပြုလုပ်ထားသော precursor ကို substrate ပေါ်သို့ ဖြန်းခြင်း၏ တုံ့ပြန်မှုပါဝင်ပြီး ပါးလွှာသော အလွှာစုပုံခြင်း ရရှိရန်ဖြစ်သည်။ သို့သော် ယခုအချိန်အထိ၊ mist CVD ကို အသုံးပြု၍ ကြီးထွားလာသော Ga2O3 တွင် ကောင်းမွန်သော လျှပ်စစ်ဂုဏ်သတ္တိများ ချို့တဲ့နေဆဲဖြစ်ပြီး အနာဂတ်တွင် တိုးတက်မှုနှင့် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် လုပ်ဆောင်ရန် နေရာများစွာ ချန်ထားခဲ့သည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၄ ခုနှစ်၊ မေလ ၃၀ ရက်