अक्सिडाइज्ड स्ट्यान्डिङ ग्रेन र एपिटेक्सियल ग्रोथ टेक्नोलोजी-Ⅱ

२. एपिटेक्सियल पातलो फिल्म वृद्धि

सब्सट्रेटले Ga2O3 पावर उपकरणहरूको लागि भौतिक समर्थन तह वा प्रवाहकीय तह प्रदान गर्दछ। अर्को महत्त्वपूर्ण तह भनेको भोल्टेज प्रतिरोध र वाहक यातायातको लागि प्रयोग गरिने च्यानल तह वा एपिटेक्सियल तह हो। ब्रेकडाउन भोल्टेज बढाउन र चालन प्रतिरोध कम गर्न, नियन्त्रणयोग्य मोटाई र डोपिंग सांद्रता, साथै इष्टतम सामग्री गुणस्तर, केही पूर्व-आवश्यकताहरू हुन्। उच्च गुणस्तरको Ga2O3 एपिटेक्सियल तहहरू सामान्यतया आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE), धातु जैविक रासायनिक वाष्प निक्षेपण (MOCVD), हलाइड वाष्प निक्षेपण (HVPE), स्पंदित लेजर निक्षेपण (PLD), र फग CVD आधारित निक्षेपण प्रविधिहरू प्रयोग गरेर जम्मा गरिन्छ।

तालिका २ केही प्रतिनिधि एपिटेक्सियल प्रविधिहरू

२.१ MBE विधि

MBE प्रविधि यसको अति-उच्च भ्याकुम वातावरण र उच्च सामग्री शुद्धताको कारणले गर्दा नियन्त्रणयोग्य n-प्रकार डोपिङको साथ उच्च-गुणस्तर, दोष-रहित β-Ga2O3 फिल्महरू बढाउने क्षमताको लागि प्रसिद्ध छ। फलस्वरूप, यो सबैभन्दा व्यापक रूपमा अध्ययन गरिएको र सम्भावित रूपमा व्यावसायिकीकृत β-Ga2O3 पातलो फिल्म निक्षेपण प्रविधिहरू मध्ये एक भएको छ। यसको अतिरिक्त, MBE विधिले उच्च-गुणस्तर, कम-डोप गरिएको हेटेरोस्ट्रक्चर β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 पातलो फिल्म तह पनि सफलतापूर्वक तयार गर्यो। MBE ले प्रतिबिम्ब उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रोन विवर्तन (RHEED) प्रयोग गरेर परमाणु तह परिशुद्धताका साथ वास्तविक समयमा सतह संरचना र आकारविज्ञान निगरानी गर्न सक्छ। यद्यपि, MBE प्रविधि प्रयोग गरेर उब्जाइएको β-Ga2O3 फिल्महरूले अझै पनि कम वृद्धि दर र सानो फिल्म आकार जस्ता धेरै चुनौतीहरूको सामना गर्छन्। अध्ययनले पत्ता लगायो कि वृद्धि दर (010)>(001)>(−201)>(100) को क्रममा थियो। ६५० देखि ७५० डिग्री सेल्सियसको थोरै Ga-समृद्ध अवस्थाहरूमा, β-Ga2O3 (010) ले चिल्लो सतह र उच्च वृद्धि दरको साथ इष्टतम वृद्धि प्रदर्शन गर्दछ। यो विधि प्रयोग गरेर, ०.१ nm को RMS खुरदरापनको साथ β-Ga2O3 एपिटेक्सी सफलतापूर्वक प्राप्त गरियो। β-Ga2O3 Ga-समृद्ध वातावरणमा, फरक तापक्रममा उब्जाइएको MBE फिल्महरू चित्रमा देखाइएका छन्। नोभेल क्रिस्टल टेक्नोलोजी इंकले सफलतापूर्वक एपिटेक्सिकली १० × १५mm२ β-Ga2O3MBE वेफरहरू उत्पादन गरेको छ। तिनीहरूले ५०० μm को मोटाई र १५० आर्क सेकेन्ड भन्दा कम XRD FWHM सहित उच्च गुणस्तर (010) उन्मुख β-Ga2O3 एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटहरू प्रदान गर्छन्। सब्सट्रेट Sn डोप गरिएको वा Fe डोप गरिएको छ। Sn-डोप ​​गरिएको प्रवाहकीय सब्सट्रेटको डोपिङ सांद्रता 1E18 देखि 9E18cm−3 हुन्छ, जबकि आइरन-डोप गरिएको अर्ध-इन्सुलेटिङ सब्सट्रेटको प्रतिरोधकता 10E10 Ωcm भन्दा बढी हुन्छ।

२.२ MOCVD विधि

MOCVD ले पातलो फिल्महरू बढाउन धातुको जैविक यौगिकहरूलाई पूर्ववर्ती सामग्रीको रूपमा प्रयोग गर्दछ, जसले गर्दा ठूलो मात्रामा व्यावसायिक उत्पादन प्राप्त हुन्छ। MOCVD विधि प्रयोग गरेर Ga2O3 बढाउँदा, ट्राइमिथाइलग्यालियम (TMGa), ट्राइइथिलग्यालियम (TEGa) र Ga (डाइपेन्टाइल ग्लाइकोल ढाँचा) सामान्यतया Ga स्रोतको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जबकि H2O, O2 वा N2O अक्सिजन स्रोतको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यो विधि प्रयोग गरेर वृद्धिलाई सामान्यतया उच्च तापक्रम (>800°C) चाहिन्छ। यो प्रविधिमा कम वाहक सांद्रता र उच्च र कम तापक्रम इलेक्ट्रोन गतिशीलता प्राप्त गर्ने क्षमता छ, त्यसैले यो उच्च-प्रदर्शन β-Ga2O3 पावर उपकरणहरूको प्राप्तिको लागि ठूलो महत्त्वको छ। MBE वृद्धि विधिको तुलनामा, MOCVD सँग उच्च-तापमान वृद्धि र रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको विशेषताहरूको कारणले β-Ga2O3 फिल्महरूको धेरै उच्च वृद्धि दर प्राप्त गर्ने फाइदा छ।

चित्र 7 β-Ga2O3 (010) AFM छवि

चित्र ८ β-Ga2O3 हल र तापक्रम द्वारा मापन गरिएको μ र पाना प्रतिरोध बीचको सम्बन्ध

२.३ HVPE विधि

HVPE एक परिपक्व एपिटेक्सियल प्रविधि हो र III-V कम्पाउन्ड सेमीकन्डक्टरहरूको एपिटेक्सियल वृद्धिमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। HVPE यसको कम उत्पादन लागत, छिटो वृद्धि दर, र उच्च फिल्म मोटाईको लागि परिचित छ। यो ध्यान दिनुपर्छ कि HVPEβ-Ga2O3 ले सामान्यतया नराम्रो सतह आकारविज्ञान र सतह दोष र खाडलहरूको उच्च घनत्व प्रदर्शन गर्दछ। त्यसैले, उपकरण निर्माण गर्नु अघि रासायनिक र मेकानिकल पालिसिङ प्रक्रियाहरू आवश्यक पर्दछ। β-Ga2O3 एपिटेक्सीको लागि HVPE प्रविधिले सामान्यतया (001) β-Ga2O3 म्याट्रिक्सको उच्च-तापमान प्रतिक्रियालाई प्रवर्द्धन गर्न ग्यासयुक्त GaCl र O2 लाई अग्रदूतको रूपमा प्रयोग गर्दछ। चित्र 9 ले तापमानको कार्यको रूपमा एपिटेक्सियल फिल्मको सतह अवस्था र वृद्धि दर देखाउँछ। हालका वर्षहरूमा, जापानको नोभेल क्रिस्टल टेक्नोलोजी इंकले HVPE होमोएपिट्याक्सियल β-Ga2O3 मा महत्त्वपूर्ण व्यावसायिक सफलता हासिल गरेको छ, एपिटेक्सियल तह मोटाई 5 देखि 10 μm र वेफर आकार 2 र 4 इन्चको साथ। यसको अतिरिक्त, चाइना इलेक्ट्रोनिक्स टेक्नोलोजी ग्रुप कर्पोरेशनद्वारा उत्पादित २० μm बाक्लो HVPE β-Ga2O3 होमियोपिटाक्सियल वेफरहरू पनि व्यावसायीकरण चरणमा प्रवेश गरेका छन्।

चित्र ९ HVPE विधि β-Ga2O3

२.४ PLD विधि

PLD प्रविधि मुख्यतया जटिल अक्साइड फिल्महरू र हेटेरोस्ट्रक्चरहरू जम्मा गर्न प्रयोग गरिन्छ। PLD वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा, इलेक्ट्रोन उत्सर्जन प्रक्रिया मार्फत फोटोन ऊर्जा लक्षित सामग्रीसँग जोडिन्छ। MBE को विपरीत, PLD स्रोत कणहरू अत्यधिक उच्च ऊर्जा (>१०० eV) को साथ लेजर विकिरणद्वारा बनाइन्छ र पछि तातो सब्सट्रेटमा जम्मा गरिन्छ। यद्यपि, पृथकीकरण प्रक्रियाको क्रममा, केही उच्च-ऊर्जा कणहरूले सामग्रीको सतहमा प्रत्यक्ष प्रभाव पार्नेछ, बिन्दु दोषहरू सिर्जना गर्नेछ र यसरी फिल्मको गुणस्तर घटाउनेछ। MBE विधि जस्तै, RHEED लाई PLD β-Ga2O3 निक्षेप प्रक्रियाको क्रममा वास्तविक समयमा सामग्रीको सतह संरचना र आकारविज्ञान निगरानी गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, जसले अनुसन्धानकर्ताहरूलाई वृद्धि जानकारी सही रूपमा प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ। PLD विधिले अत्यधिक प्रवाहकीय β-Ga2O3 फिल्महरू बढ्ने अपेक्षा गरिएको छ, जसले यसलाई Ga2O3 पावर उपकरणहरूमा एक अनुकूलित ओमिक सम्पर्क समाधान बनाउँछ।

चित्र १० Si डोपेड Ga2O3 को AFM छवि

२.५ MIST-CVD विधि

MIST-CVD एक अपेक्षाकृत सरल र लागत-प्रभावी पातलो फिल्म वृद्धि प्रविधि हो। यो CVD विधिमा पातलो फिल्म निक्षेपण प्राप्त गर्न सब्सट्रेटमा परमाणु पूर्ववर्ती स्प्रे गर्ने प्रतिक्रिया समावेश छ। यद्यपि, अहिलेसम्म, धुंध CVD प्रयोग गरेर उब्जाइएको Ga2O3 मा अझै पनि राम्रो विद्युतीय गुणहरूको अभाव छ, जसले भविष्यमा सुधार र अनुकूलनको लागि धेरै ठाउँ छोड्छ।