ඔක්සිකරණය වූ ස්ථාවර ධාන්‍ය සහ එපිටැක්සියල් වර්ධන තාක්ෂණය-Ⅱ

2. එපිටැක්සියල් තුනී පටල වර්ධනය

උපස්ථරය Ga2O3 බල උපාංග සඳහා භෞතික ආධාරක ස්ථරයක් හෝ සන්නායක ස්ථරයක් සපයයි. ඊළඟ වැදගත් ස්ථරය වන්නේ වෝල්ටීයතා ප්‍රතිරෝධය සහ වාහක ප්‍රවාහනය සඳහා භාවිතා කරන නාලිකා ස්ථරය හෝ එපිටැක්සියල් ස්ථරයයි. බිඳවැටීමේ වෝල්ටීයතාවය වැඩි කිරීම සහ සන්නායක ප්‍රතිරෝධය අවම කිරීම සඳහා, පාලනය කළ හැකි ඝණකම සහ මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණය මෙන්ම ප්‍රශස්ත ද්‍රව්‍ය ගුණාත්මකභාවය ද පූර්ව අවශ්‍යතා වේ. උසස් තත්ත්වයේ Ga2O3 එපිටැක්සියල් ස්ථර සාමාන්‍යයෙන් අණුක කදම්භ එපිටැක්සි (MBE), ලෝහ කාබනික රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (MOCVD), හේලයිඩ් වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (HVPE), ස්පන්දන ලේසර් තැන්පත් කිරීම (PLD) සහ මීදුම CVD මත පදනම් වූ තැන්පත් කිරීමේ ශිල්පීය ක්‍රම භාවිතයෙන් තැන්පත් කෙරේ.

වගුව 2 සමහර නියෝජිත එපිටැක්සියල් තාක්ෂණයන්

2.1 MBE ක්‍රමය

MBE තාක්‍ෂණය එහි අතිශය ඉහළ රික්ත පරිසරය සහ ඉහළ ද්‍රව්‍ය සංශුද්ධතාවය හේතුවෙන් පාලනය කළ හැකි n-වර්ගයේ මාත්‍රණයක් සහිත උසස් තත්ත්වයේ, දෝෂ රහිත β-Ga2O3 පටල වර්ධනය කිරීමේ හැකියාව සඳහා ප්‍රසිද්ධය. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, එය වඩාත් පුළුල් ලෙස අධ්‍යයනය කරන ලද සහ වාණිජකරණය කළ හැකි β-Ga2O3 තුනී පටල තැන්පත් කිරීමේ තාක්ෂණයන්ගෙන් එකක් බවට පත්ව ඇත. ඊට අමතරව, MBE ක්‍රමය මඟින් උසස් තත්ත්වයේ, අඩු මාත්‍රණයක් සහිත විෂම ව්‍යුහයක් β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 තුනී පටල ස්ථරයක් ද සාර්ථකව සකස් කරන ලදී. පරාවර්තනය ඉහළ ශක්ති ඉලෙක්ට්‍රෝන විවර්තනය (RHEED) භාවිතා කිරීමෙන් MBE හට පරමාණුක ස්ථර නිරවද්‍යතාවයෙන් තත්‍ය කාලීනව මතුපිට ව්‍යුහය සහ රූප විද්‍යාව නිරීක්ෂණය කළ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, MBE තාක්‍ෂණය භාවිතයෙන් වගා කරන ලද β-Ga2O3 පටල තවමත් අඩු වර්ධන වේගය සහ කුඩා පටල ප්‍රමාණය වැනි බොහෝ අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි. වර්ධන වේගය (010)>(001)>(−201)>(100) අනුපිළිවෙලින් පවතින බව අධ්‍යයනයෙන් සොයා ගන්නා ලදී. 650 සිට 750°C දක්වා තරමක් Ga-පොහොසත් තත්වයන් යටතේ, β-Ga2O3 (010) සුමට මතුපිටක් සහ ඉහළ වර්ධන වේගයක් සහිත ප්‍රශස්ත වර්ධනයක් පෙන්නුම් කරයි. මෙම ක්‍රමය භාවිතා කරමින්, 0.1 nm හි RMS රළුබවකින් β-Ga2O3 එපිටැක්සි සාර්ථකව ලබා ගන්නා ලදී. β-Ga2O3 Ga-පොහොසත් පරිසරයක, විවිධ උෂ්ණත්වවලදී වගා කරන ලද MBE පටල රූපයේ දැක්වේ. Novel Crystal Technology Inc. සාර්ථකව 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE වේෆර් එපිටැක්සියල් ලෙස නිපදවා ඇත. ඒවා චාප තත්පර 150 ට අඩු 500 μm ඝණකම සහ XRD FWHM සහිත උසස් තත්ත්වයේ (010) දිශානුගත β-Ga2O3 තනි ස්ඵටික උපස්ථර සපයයි. උපස්ථරය Sn මාත්‍රණය කර හෝ Fe මාත්‍රණය කර ඇත. Sn-මාත්‍රණය කරන ලද සන්නායක උපස්ථරයට 1E18 සිට 9E18cm−3 දක්වා මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණයක් ඇති අතර, යකඩ-මාත්‍රණය කරන ලද අර්ධ පරිවාරක උපස්ථරයට 10E10 Ω cm ට වඩා වැඩි ප්‍රතිරෝධයක් ඇත.

2.2 MOCVD ක්‍රමය

MOCVD තුනී පටල වර්ධනය කිරීම සඳහා පූර්වගාමී ද්‍රව්‍ය ලෙස ලෝහ කාබනික සංයෝග භාවිතා කරන අතර එමඟින් මහා පරිමාණ වාණිජ නිෂ්පාදනයක් ලබා ගනී. MOCVD ක්‍රමය භාවිතයෙන් Ga2O3 වගා කරන විට, ට්‍රයිමෙතිල්ගැලියම් (TMGa), ට්‍රයිඑතිල්ගැලියම් (TEGa) සහ Ga (ඩයිපෙන්ටයිල් ග්ලයිකෝල් ෆෝමේට්) සාමාන්‍යයෙන් Ga ප්‍රභවය ලෙස භාවිතා කරන අතර H2O, O2 හෝ N2O ඔක්සිජන් ප්‍රභවය ලෙස භාවිතා කරයි. මෙම ක්‍රමය භාවිතා කරන වර්ධනයට සාමාන්‍යයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වයන් (> 800°C) අවශ්‍ය වේ. මෙම තාක්ෂණයට අඩු වාහක සාන්ද්‍රණයක් සහ ඉහළ සහ අඩු උෂ්ණත්ව ඉලෙක්ට්‍රෝන සංචලතාව ලබා ගැනීමේ හැකියාව ඇත, එබැවින් ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත β-Ga2O3 බල උපාංග සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා එය ඉතා වැදගත් වේ. MBE වර්ධන ක්‍රමය හා සසඳන විට, ඉහළ උෂ්ණත්ව වර්ධනයේ සහ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා වල ලක්ෂණ නිසා β-Ga2O3 පටලවල ඉතා ඉහළ වර්ධන අනුපාත ලබා ගැනීමේ වාසිය MOCVD සතුව ඇත.

රූපය 7 β-Ga2O3 (010) AFM රූපය

රූපය 8 β-Ga2O3 ශාලාව සහ උෂ්ණත්වය අනුව මනිනු ලබන μ සහ පත්‍ර ප්‍රතිරෝධය අතර සම්බන්ධතාවය

2.3 HVPE ක්‍රමය

HVPE යනු පරිණත එපිටැක්සියල් තාක්‍ෂණයක් වන අතර III-V සංයෝග අර්ධ සන්නායකවල එපිටැක්සියල් වර්ධනය සඳහා බහුලව භාවිතා වේ. HVPE එහි අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැය, වේගවත් වර්ධන වේගය සහ ඉහළ පටල ඝණකම සඳහා ප්‍රසිද්ධය. HVPEβ-Ga2O3 සාමාන්‍යයෙන් රළු මතුපිට රූප විද්‍යාව සහ මතුපිට දෝෂ සහ වලවල් වල ඉහළ ඝනත්වයක් පෙන්නුම් කරන බව සැලකිල්ලට ගත යුතුය. එබැවින්, උපාංගය නිෂ්පාදනය කිරීමට පෙර රසායනික හා යාන්ත්‍රික ඔප දැමීමේ ක්‍රියාවලීන් අවශ්‍ය වේ. β-Ga2O3 එපිටැක්සිය සඳහා HVPE තාක්‍ෂණය සාමාන්‍යයෙන් (001) β-Ga2O3 අනුකෘතියේ ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතික්‍රියාව ප්‍රවර්ධනය කිරීම සඳහා පූර්වගාමීන් ලෙස වායුමය GaCl සහ O2 භාවිතා කරයි. රූපය 9 උෂ්ණත්වයේ ශ්‍රිතයක් ලෙස එපිටැක්සියල් පටලයේ මතුපිට තත්ත්වය සහ වර්ධන වේගය පෙන්වයි. මෑත වසරවලදී, ජපානයේ නවල් ක්‍රිස්ටල් ටෙක්නොලොජි ඉන්කෝපරේෂන් HVPE හෝමෝපිටැක්සියල් β-Ga2O3 හි සැලකිය යුතු වාණිජමය සාර්ථකත්වයක් අත්කර ගෙන ඇති අතර, එපිටැක්සියල් ස්ථර ඝණකම 5 සිට 10 μm දක්වා සහ වේෆර් ප්‍රමාණය අඟල් 2 සහ 4 කි. මීට අමතරව, චයිනා ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ටෙක්නොලොජි ගෲප් කෝපරේෂන් විසින් නිෂ්පාදනය කරන ලද 20 μm ඝනකම HVPE β-Ga2O3 හෝමෝපිටැක්සියල් වේෆර් ද වාණිජකරණ අදියරට පිවිස ඇත.

රූපය 9 HVPE ක්‍රමය β-Ga2O3

2.4 PLD ක්‍රමය

PLD තාක්ෂණය ප්‍රධාන වශයෙන් සංකීර්ණ ඔක්සයිඩ් පටල සහ විෂම ව්‍යුහයන් තැන්පත් කිරීමට භාවිතා කරයි. PLD වර්ධන ක්‍රියාවලියේදී, ඉලෙක්ට්‍රෝන විමෝචන ක්‍රියාවලිය හරහා ෆෝටෝන ශක්තිය ඉලක්ක ද්‍රව්‍යයට සම්බන්ධ වේ. MBE ට ප්‍රතිවිරුද්ධව, PLD ප්‍රභව අංශු අතිශයින් ඉහළ ශක්තියක් (> 100 eV) සහිත ලේසර් විකිරණ මගින් සෑදී පසුව රත් වූ උපස්ථරයක් මත තැන්පත් කෙරේ. කෙසේ වෙතත්, අහෝසි කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී, සමහර අධි ශක්ති අංශු ද්‍රව්‍ය මතුපිටට සෘජුවම බලපාන අතර, ලක්ෂ්‍ය දෝෂ ඇති කරන අතර එමඟින් පටලයේ ගුණාත්මකභාවය අඩු කරයි. MBE ක්‍රමයට සමානව, PLD β-Ga2O3 තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී තථ්‍ය කාලීනව ද්‍රව්‍යයේ මතුපිට ව්‍යුහය සහ රූප විද්‍යාව නිරීක්ෂණය කිරීමට RHEED භාවිතා කළ හැකි අතර, පර්යේෂකයන්ට වර්ධන තොරතුරු නිවැරදිව ලබා ගැනීමට ඉඩ සලසයි. PLD ක්‍රමය ඉහළ සන්නායක β-Ga2O3 පටල වර්ධනය කිරීමට අපේක්ෂා කරන අතර, එය Ga2O3 බල උපාංගවල ප්‍රශස්ත ඕමික් සම්බන්ධතා විසඳුමක් බවට පත් කරයි.

Si මාත්‍රණය කළ Ga2O3 හි රූපය 10 AFM රූපය

2.5 MIST-CVD ක්‍රමය

MIST-CVD යනු සාපේක්ෂව සරල සහ ලාභදායී තුනී පටල වර්ධන තාක්ෂණයකි. මෙම CVD ක්‍රමයට තුනී පටල තැන්පත් වීම සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා උපස්ථරයක් මත පරමාණුක පූර්වගාමියෙකු ඉසීමේ ප්‍රතික්‍රියාව ඇතුළත් වේ. කෙසේ වෙතත්, මේ දක්වා, මීදුම CVD භාවිතයෙන් වගා කරන ලද Ga2O3 තවමත් හොඳ විද්‍යුත් ගුණාංග නොමැති අතර, එමඟින් අනාගතයේදී වැඩිදියුණු කිරීම සහ ප්‍රශස්තිකරණය සඳහා විශාල ඉඩක් ඉතිරි වේ.