ଅକ୍ସିଡାଇଜଡ୍ ଷ୍ଟଣ୍ଡିଂ ଶସ୍ୟ ଏବଂ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ଗ୍ରୋଥ୍ ଟେକ୍ନୋଲୋଜି-Ⅱ

୨. ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ପତଳା ଫିଲ୍ମ ବୃଦ୍ଧି

ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ Ga2O3 ପାୱାର ଡିଭାଇସ୍ ପାଇଁ ଏକ ଭୌତିକ ସମର୍ଥନ ସ୍ତର କିମ୍ବା ପରିବାହୀ ସ୍ତର ପ୍ରଦାନ କରେ। ପରବର୍ତ୍ତୀ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ସ୍ତର ହେଉଛି ଚ୍ୟାନେଲ ସ୍ତର କିମ୍ବା ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର ଯାହାକୁ ଭୋଲଟେଜ୍ ପ୍ରତିରୋଧ ଏବଂ ବାହକ ପରିବହନ ପାଇଁ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ବ୍ରେକଡାଉନ୍ ଭୋଲଟେଜ୍ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ଏବଂ ପରିବହନ ପ୍ରତିରୋଧକୁ କମ କରିବା ପାଇଁ, ନିୟନ୍ତ୍ରଣଯୋଗ୍ୟ ଘନତା ଏବଂ ଡୋପିଂ ସାନ୍ଦ୍ରତା, ଏବଂ ସର୍ବୋତ୍ତମ ସାମଗ୍ରୀ ଗୁଣବତ୍ତା, କିଛି ପୂର୍ବ ଆବଶ୍ୟକତା। ଉଚ୍ଚ ଗୁଣବତ୍ତା Ga2O3 ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତରଗୁଡ଼ିକୁ ସାଧାରଣତଃ ଆଣବିକ ବିମ୍ ଏପିଟାକ୍ସୀ (MBE), ଧାତୁ ଜୈବ ରାସାୟନିକ ବାଷ୍ପ ଜମା ​​(MOCVD), ହାଲାଇଡ୍ ବାଷ୍ପ ଜମା ​​(HVPE), ପଲ୍ସଡ୍ ଲେଜର ଜମା (PLD), ଏବଂ ଫଗ୍ CVD ଆଧାରିତ ଜମା କୌଶଳ ବ୍ୟବହାର କରି ଜମା କରାଯାଏ।

ସାରଣୀ ୨ କିଛି ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱକାରୀ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା

୨.୧ MBE ପଦ୍ଧତି

MBE ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ଏହାର ଅତ୍ୟଧିକ ଶୂନ୍ୟତା ପରିବେଶ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ସାମଗ୍ରୀ ଶୁଦ୍ଧତା ଯୋଗୁଁ ନିୟନ୍ତ୍ରଣଯୋଗ୍ୟ n-ଟାଇପ୍ ଡୋପିଂ ସହିତ ଉଚ୍ଚ-ଗୁଣବତ୍ତା, ତ୍ରୁଟିମୁକ୍ତ β-Ga2O3 ଫିଲ୍ମ ଉତ୍ପାଦନ କରିବାର କ୍ଷମତା ପାଇଁ ପ୍ରସିଦ୍ଧ। ଫଳସ୍ୱରୂପ, ଏହା ସର୍ବାଧିକ ଅଧ୍ୟୟନିତ ଏବଂ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ବାଣିଜ୍ୟିକ β-Ga2O3 ପତଳା ଫିଲ୍ମ ଜମା ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ମଧ୍ୟରୁ ଗୋଟିଏ ହୋଇଗଲାଣି। ଏହା ସହିତ, MBE ପଦ୍ଧତି ସଫଳତାର ସହିତ ଏକ ଉଚ୍ଚ-ଗୁଣବତ୍ତା, କମ୍-ଡୋପ୍ଡ ହେଟେରୋଷ୍ଟ୍ରକ୍ଚର β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 ପତଳା ଫିଲ୍ମ ସ୍ତର ପ୍ରସ୍ତୁତ କରିଥିଲା। MBE ପ୍ରତିଫଳନ ଉଚ୍ଚ ଶକ୍ତି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା (RHEED) ବ୍ୟବହାର କରି ପରମାଣୁ ସ୍ତର ସଠିକତା ସହିତ ବାସ୍ତବ ସମୟରେ ପୃଷ୍ଠ ଗଠନ ଏବଂ ଆକୃତି ବିଜ୍ଞାନ ନିରୀକ୍ଷଣ କରିପାରିବ। ତଥାପି, MBE ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ବ୍ୟବହାର କରି ବଢ଼ିଥିବା β-Ga2O3 ଫିଲ୍ମଗୁଡ଼ିକ ଏବେ ବି ଅନେକ ଚ୍ୟାଲେଞ୍ଜର ସମ୍ମୁଖୀନ ହୁଏ, ଯେପରିକି କମ ଅଭିବୃଦ୍ଧି ହାର ଏବଂ ଛୋଟ ଫିଲ୍ମ ଆକାର। ଅଧ୍ୟୟନରୁ ଜଣାପଡିଛି ଯେ ଅଭିବୃଦ୍ଧି ହାର (010)>(001)>(−201)>(100) କ୍ରମରେ ଥିଲା। 650 ରୁ 750°C ତାପମାତ୍ରାର ସାମାନ୍ୟ Ga-ସମୃଦ୍ଧ ଅବସ୍ଥାରେ, β-Ga2O3 (010) ଏକ ମସୃଣ ପୃଷ୍ଠ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ବୃଦ୍ଧି ହାର ସହିତ ସର୍ବୋତ୍ତମ ବୃଦ୍ଧି ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ। ଏହି ପଦ୍ଧତି ବ୍ୟବହାର କରି, 0.1 nm RMS ରୁକ୍ଷତା ସହିତ β-Ga2O3 ଏପିଟାକ୍ସି ସଫଳତାର ସହ ହାସଲ କରାଯାଇଥିଲା। β-Ga2O3 ଏକ Ga-ସମୃଦ୍ଧ ପରିବେଶରେ, ବିଭିନ୍ନ ତାପମାତ୍ରାରେ ବଢ଼ୁଥିବା MBE ଫିଲ୍ମଗୁଡ଼ିକ ଚିତ୍ରରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ନୋଭେଲ୍ କ୍ରିଷ୍ଟାଲ୍ ଟେକ୍ନୋଲୋଜି ଇନକର୍ପୋରେଟେଡ୍ ସଫଳତାର ସହିତ ଏପିଟାକ୍ସି ଭାବରେ 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE ୱେଫର୍ ଉତ୍ପାଦନ କରିଛି। ସେମାନେ 500 μm ଘନତା ଏବଂ 150 ଆର୍କ ସେକେଣ୍ଡ ତଳେ XRD FWHM ସହିତ ଉଚ୍ଚ ଗୁଣବତ୍ତା (010) ମୁଖୀ β-Ga2O3 ଏକକ ସ୍ଫଟିକ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ପ୍ରଦାନ କରନ୍ତି। ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ହେଉଛି Sn ଡୋପେଡ୍ କିମ୍ବା Fe ଡୋପେଡ୍। Sn-ଡୋପ୍ଡ ପରିବାହୀ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟର ଡୋପିଂ ସାନ୍ଦ୍ରତା 1E18 ରୁ 9E18cm−3 ଥାଏ, ଯେତେବେଳେ ଲୁହା-ଡୋପ୍ଡ ଅର୍ଦ୍ଧ-ଅନୁରୋଧକ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟର ପ୍ରତିରୋଧକତା 10E10 Ωcm ରୁ ଅଧିକ ଥାଏ।

୨.୨ MOCVD ପଦ୍ଧତି

MOCVD ପତଳା ଫିଲ୍ମ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ ଧାତୁ ଜୈବ ଯୌଗିକକୁ ପୂର୍ବବର୍ତ୍ତୀ ସାମଗ୍ରୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରେ, ଯାହାଦ୍ୱାରା ବଡ଼ ପରିମାଣର ବାଣିଜ୍ୟିକ ଉତ୍ପାଦନ ହାସଲ ହୁଏ। MOCVD ପଦ୍ଧତି ବ୍ୟବହାର କରି Ga2O3 ବୃଦ୍ଧି କରିବା ସମୟରେ, ଟ୍ରାଇମିଥାଇଲଗାଲିୟମ୍ (TMGa), ଟ୍ରାଇଇଥାଇଲଗାଲିୟମ୍ (TEGa) ଏବଂ Ga (ଡାଇପେଣ୍ଟିଲ୍ ଗ୍ଲାଇକଲ୍ ଫର୍ମେଟ୍) ସାଧାରଣତଃ Ga ଉତ୍ସ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଏ, ଯେତେବେଳେ H2O, O2 କିମ୍ବା N2O ଅମ୍ଳଜାନ ଉତ୍ସ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଏ। ଏହି ପଦ୍ଧତି ବ୍ୟବହାର କରି ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ ସାଧାରଣତଃ ଉଚ୍ଚ ତାପମାତ୍ରା (>800°C) ଆବଶ୍ୟକ ହୁଏ। ଏହି ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାରେ କମ୍ ବାହକ ସାନ୍ଦ୍ରତା ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ଏବଂ ନିମ୍ନ ତାପମାତ୍ରା ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଗତିଶୀଳତା ହାସଲ କରିବାର ସମ୍ଭାବନା ଅଛି, ତେଣୁ ଏହା ଉଚ୍ଚ-କାରଣ β-Ga2O3 ଶକ୍ତି ଉପକରଣର ପ୍ରାପ୍ତି ପାଇଁ ବହୁତ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ। MBE ବୃଦ୍ଧି ପଦ୍ଧତି ସହିତ ତୁଳନା କଲେ, MOCVD ଉଚ୍ଚ-ତାପମାନ ବୃଦ୍ଧି ଏବଂ ରାସାୟନିକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାର ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ଯୋଗୁଁ β-Ga2O3 ଫିଲ୍ମର ଉଚ୍ଚ ବୃଦ୍ଧି ହାର ହାସଲ କରିବାର ସୁବିଧା ପାଇଥାଏ।

ଚିତ୍ର 7 β-Ga2O3 (010) AFM ପ୍ରତିଛବି |

ଚିତ୍ର 8 β-Ga2O3 ହଲ୍ ଏବଂ ତାପମାତ୍ରା ଦ୍ୱାରା ମାପ କରାଯାଇଥିବା μ ଏବଂ ସିଟ୍ ପ୍ରତିରୋଧ ମଧ୍ୟରେ ସମ୍ପର୍କ

୨.୩ HVPE ପଦ୍ଧତି

HVPE ଏକ ପରିପକ୍ୱ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ଏବଂ III-V ଯୌଗିକ ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀଗୁଡ଼ିକର ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ବୃଦ୍ଧିରେ ବହୁଳ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୋଇଛି। HVPE ଏହାର କମ ଉତ୍ପାଦନ ଖର୍ଚ୍ଚ, ଦ୍ରୁତ ବୃଦ୍ଧି ହାର ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ଫିଲ୍ମ ଘନତା ପାଇଁ ଜଣାଶୁଣା। ଏହା ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଯେ HVPEβ-Ga2O3 ସାଧାରଣତଃ ରୁକ୍ଷ ପୃଷ୍ଠ ଆକୃତି ଏବଂ ପୃଷ୍ଠ ତ୍ରୁଟି ଏବଂ ଗର୍ତ୍ତର ଉଚ୍ଚ ଘନତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ। ତେଣୁ, ଡିଭାଇସ୍ ନିର୍ମାଣ କରିବା ପୂର୍ବରୁ ରାସାୟନିକ ଏବଂ ଯାନ୍ତ୍ରିକ ପଲିସିଂ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଆବଶ୍ୟକ। β-Ga2O3 ଏପିଟାକ୍ସି ପାଇଁ HVPE ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ସାଧାରଣତଃ (001) β-Ga2O3 ମ୍ୟାଟ୍ରିକ୍ସର ଉଚ୍ଚ-ତାପମାତ୍ରା ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବା ପାଇଁ ଗ୍ୟାସୀୟ GaCl ଏବଂ O2 କୁ ପୂର୍ବବର୍ତ୍ତୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରେ। ଚିତ୍ର 9 ତାପମାତ୍ରାର କାର୍ଯ୍ୟ ଭାବରେ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ଫିଲ୍ମର ପୃଷ୍ଠ ଅବସ୍ଥା ଏବଂ ବୃଦ୍ଧି ହାର ଦର୍ଶାଏ। ସାମ୍ପ୍ରତିକ ବର୍ଷଗୁଡ଼ିକରେ, ଜାପାନର ନୋଭେଲ୍ କ୍ରିଷ୍ଟାଲ୍ ଟେକ୍ନୋଲୋଜି ଇନକର୍ପୋରେଟେଡ୍ HVPE ହୋମୋଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ β-Ga2O3 ରେ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ବାଣିଜ୍ୟିକ ସଫଳତା ହାସଲ କରିଛି, ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର ଘନତା 5 ରୁ 10 μm ଏବଂ ୱେଫର ଆକାର 2 ଏବଂ 4 ଇଞ୍ଚ। ଏହା ସହିତ, ଚାଇନା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ଟେକ୍ନୋଲୋଜି ଗ୍ରୁପ୍ କର୍ପୋରେସନ ଦ୍ୱାରା ଉତ୍ପାଦିତ 20 μm ଘନ HVPE β-Ga2O3 ହୋମୋଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ୱେଫର୍ସ ମଧ୍ୟ ବାଣିଜ୍ୟକରଣ ପର୍ଯ୍ୟାୟରେ ପ୍ରବେଶ କରିଛି।

ଚିତ୍ର 9 HVPE ପଦ୍ଧତି β-Ga2O3

୨.୪ PLD ପଦ୍ଧତି

PLD ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ମୁଖ୍ୟତଃ ଜଟିଳ ଅକ୍ସାଇଡ୍ ଫିଲ୍ମ ଏବଂ ହେଟୋରୋଷ୍ଟ୍ରକ୍ଚର ଜମା କରିବା ପାଇଁ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। PLD ବୃଦ୍ଧି ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ନିର୍ଗମନ ପ୍ରକ୍ରିୟା ମାଧ୍ୟମରେ ଫୋଟନ୍ ଶକ୍ତି ଲକ୍ଷ୍ୟ ସାମଗ୍ରୀ ସହିତ ଯୋଡାଯାଏ। MBE ବିପରୀତରେ, PLD ଉତ୍ସ କଣିକାଗୁଡ଼ିକ ଅତ୍ୟନ୍ତ ଉଚ୍ଚ ଶକ୍ତି (>100 eV) ସହିତ ଲେଜର ବିକିରଣ ଦ୍ୱାରା ଗଠିତ ହୁଏ ଏବଂ ପରବର୍ତ୍ତୀ ସମୟରେ ଏକ ଉତ୍ତପ୍ତ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଉପରେ ଜମା ହୁଏ। ତଥାପି, ଆବଲେସନ୍ ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ, କିଛି ଉଚ୍ଚ-ଶକ୍ତି କଣିକା ସିଧାସଳଖ ସାମଗ୍ରୀ ପୃଷ୍ଠକୁ ପ୍ରଭାବିତ କରିବ, ପଏଣ୍ଟ ତ୍ରୁଟି ସୃଷ୍ଟି କରିବ ଏବଂ ଏହିପରି ଫିଲ୍ମର ଗୁଣବତ୍ତା ହ୍ରାସ କରିବ। MBE ପଦ୍ଧତି ପରି, PLD β-Ga2O3 ଜମା ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ ବାସ୍ତବ ସମୟରେ ସାମଗ୍ରୀର ପୃଷ୍ଠ ଗଠନ ଏବଂ ଆକୃତି ନିରୀକ୍ଷଣ ପାଇଁ RHEED ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇପାରିବ, ଯାହା ଗବେଷକମାନଙ୍କୁ ସଠିକ୍ ଭାବରେ ବୃଦ୍ଧି ସୂଚନା ପାଇବାକୁ ଅନୁମତି ଦେବ। PLD ପଦ୍ଧତି ଅତ୍ୟନ୍ତ ପରିବାହୀ β-Ga2O3 ଫିଲ୍ମ ବୃଦ୍ଧି କରିବ ବୋଲି ଆଶା କରାଯାଉଛି, ଯାହା ଏହାକୁ Ga2O3 ଶକ୍ତି ଡିଭାଇସଗୁଡ଼ିକରେ ଏକ ଅପ୍ଟିମାଇଜ୍ଡ ଓହମିକ୍ ସମ୍ପର୍କ ସମାଧାନ କରିବ।

ଚିତ୍ର 10 Si ଡୋପେଡ୍ Ga2O3 ର AFM ପ୍ରତିଛବି

୨.୫ MIST-CVD ପଦ୍ଧତି

MIST-CVD ଏକ ତୁଳନାତ୍ମକ ସରଳ ଏବଂ କମ ଖର୍ଚ୍ଚରେ ପତଳା ଫିଲ୍ମ ବୃଦ୍ଧି ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା। ଏହି CVD ପଦ୍ଧତିରେ ପତଳା ଫିଲ୍ମ ଜମା ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଉପରେ ଏକ ପରମାଣୁ ପୂର୍ବକ ସ୍ପ୍ରେ କରିବାର ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ତଥାପି, ଏପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ, କୁହୁଡ଼ି CVD ବ୍ୟବହାର କରି ଚାଷ କରାଯାଇଥିବା Ga2O3 ରେ ଭଲ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଗୁଣର ଅଭାବ ରହିଛି, ଯାହା ଭବିଷ୍ୟତରେ ଉନ୍ନତି ଏବଂ ଅପ୍ଟିମାଇଜେସନ୍ ପାଇଁ ବହୁତ ସ୍ଥାନ ଛାଡିଥାଏ।