ஆக்ஸிஜனேற்றப்பட்ட நிற்கும் தானியங்கள் மற்றும் எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி தொழில்நுட்பம்-Ⅱ

2. எபிடாக்சியல் மெல்லிய படல வளர்ச்சி

Ga2O3 மின் சாதனங்களுக்கு அடி மூலக்கூறு ஒரு இயற்பியல் ஆதரவு அடுக்கு அல்லது கடத்தும் அடுக்கை வழங்குகிறது. அடுத்த முக்கியமான அடுக்கு மின்னழுத்த எதிர்ப்பு மற்றும் கேரியர் போக்குவரத்திற்குப் பயன்படுத்தப்படும் சேனல் அடுக்கு அல்லது எபிடாக்சியல் அடுக்கு ஆகும். முறிவு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கவும் கடத்தல் எதிர்ப்பைக் குறைக்கவும், கட்டுப்படுத்தக்கூடிய தடிமன் மற்றும் டோப்பிங் செறிவு, அத்துடன் உகந்த பொருள் தரம் ஆகியவை சில முன்நிபந்தனைகள். உயர்தர Ga2O3 எபிடாக்சியல் அடுக்குகள் பொதுவாக மூலக்கூறு கற்றை எபிடாக்ஸி (MBE), உலோக கரிம வேதியியல் நீராவி படிவு (MOCVD), ஹாலைடு நீராவி படிவு (HVPE), துடிப்புள்ள லேசர் படிவு (PLD) மற்றும் மூடுபனி CVD அடிப்படையிலான படிவு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி டெபாசிட் செய்யப்படுகின்றன.

அட்டவணை 2 சில பிரதிநிதித்துவ எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பங்கள்

2.1 MBE முறை

MBE தொழில்நுட்பம் அதன் அதி-உயர் வெற்றிட சூழல் மற்றும் உயர் பொருள் தூய்மை காரணமாக கட்டுப்படுத்தக்கூடிய n-வகை ஊக்கமருந்து மூலம் உயர்தர, குறைபாடு இல்லாத β-Ga2O3 படலங்களை வளர்க்கும் திறனுக்காகப் புகழ்பெற்றது. இதன் விளைவாக, இது மிகவும் பரவலாக ஆய்வு செய்யப்பட்ட மற்றும் வணிகமயமாக்கப்பட்ட β-Ga2O3 மெல்லிய படல படிவு தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாக மாறியுள்ளது. கூடுதலாக, MBE முறையானது உயர்தர, குறைந்த-அளவிலான ஹெட்டோரோஸ்ட்ரக்சர் β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 மெல்லிய படல அடுக்கையும் வெற்றிகரமாகத் தயாரித்தது. பிரதிபலிப்பு உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் (RHEED) ஐப் பயன்படுத்தி அணு அடுக்கு துல்லியத்துடன் MBE மேற்பரப்பு அமைப்பு மற்றும் உருவ அமைப்பை நிகழ்நேரத்தில் கண்காணிக்க முடியும். இருப்பினும், MBE தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்படும் β-Ga2O3 படலங்கள் இன்னும் குறைந்த வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் சிறிய படல அளவு போன்ற பல சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன. வளர்ச்சி விகிதம் (010)>(001)>(−201)>(100) வரிசையில் இருப்பதாக ஆய்வில் கண்டறியப்பட்டுள்ளது. 650 முதல் 750°C வரையிலான சற்று Ga-செறிவுள்ள நிலைமைகளின் கீழ், β-Ga2O3 (010) மென்மையான மேற்பரப்பு மற்றும் அதிக வளர்ச்சி விகிதத்துடன் உகந்த வளர்ச்சியை வெளிப்படுத்துகிறது. இந்த முறையைப் பயன்படுத்தி, 0.1 nm இன் RMS கடினத்தன்மையுடன் β-Ga2O3 எபிடாக்ஸி வெற்றிகரமாக அடையப்பட்டது. β-Ga2O3 Ga-செறிவுள்ள சூழலில், வெவ்வேறு வெப்பநிலையில் வளர்க்கப்படும் MBE படலங்கள் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளன. நாவல் கிரிஸ்டல் டெக்னாலஜி இன்க். 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE வேஃபர்களை வெற்றிகரமாக எபிடாக்ஸியாக தயாரித்துள்ளது. அவை 500 μm தடிமன் மற்றும் 150 வில் வினாடிகளுக்குக் கீழே XRD FWHM கொண்ட உயர்தர (010) சார்ந்த β-Ga2O3 ஒற்றை படிக அடி மூலக்கூறுகளை வழங்குகின்றன. அடி மூலக்கூறு Sn டோப் செய்யப்பட்ட அல்லது Fe டோப் செய்யப்பட்டதாகும். Sn-டோப்பிங் செய்யப்பட்ட கடத்தும் அடி மூலக்கூறு 1E18 முதல் 9E18cm−3 வரை டோப்பிங் செறிவைக் கொண்டுள்ளது, அதே நேரத்தில் இரும்பு-டோப்பிங் செய்யப்பட்ட அரை-இன்சுலேடிங் அடி மூலக்கூறு 10E10 Ω செ.மீ க்கும் அதிகமான எதிர்ப்புத் திறனைக் கொண்டுள்ளது.

2.2 MOCVD முறை

MOCVD மெல்லிய படலங்களை வளர்ப்பதற்கு முன்னோடிப் பொருட்களாக உலோக கரிம சேர்மங்களைப் பயன்படுத்துகிறது, இதன் மூலம் பெரிய அளவிலான வணிக உற்பத்தியை அடைகிறது. MOCVD முறையைப் பயன்படுத்தி Ga2O3 ஐ வளர்க்கும்போது, ​​ட்ரைமெதில்காலியம் (TMGa), ட்ரைஎத்தில்காலியம் (TEGa) மற்றும் Ga (டைபென்டைல் ​​கிளைகோல் ஃபார்மேட்) பொதுவாக Ga மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் H2O, O2 அல்லது N2O ஆகியவை ஆக்ஸிஜன் மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த முறையைப் பயன்படுத்தி வளர்ச்சிக்கு பொதுவாக அதிக வெப்பநிலை (>800°C) தேவைப்படுகிறது. இந்த தொழில்நுட்பம் குறைந்த கேரியர் செறிவு மற்றும் அதிக மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலை எலக்ட்ரான் இயக்கம் ஆகியவற்றை அடையும் திறனைக் கொண்டுள்ளது, எனவே உயர் செயல்திறன் கொண்ட β-Ga2O3 சக்தி சாதனங்களை உணர இது மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. MBE வளர்ச்சி முறையுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​உயர் வெப்பநிலை வளர்ச்சி மற்றும் வேதியியல் எதிர்வினைகளின் பண்புகள் காரணமாக β-Ga2O3 படலங்களின் மிக உயர்ந்த வளர்ச்சி விகிதங்களை அடைவதன் நன்மையை MOCVD கொண்டுள்ளது.

படம் 7 β-Ga2O3 (010) AFM படம்

படம் 8 β-Ga2O3 ஹால் மற்றும் வெப்பநிலையால் அளவிடப்படும் μ மற்றும் தாள் எதிர்ப்புக்கு இடையிலான உறவு

2.3 HVPE முறை

HVPE என்பது ஒரு முதிர்ந்த எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பமாகும், மேலும் இது III-V கலவை குறைக்கடத்திகளின் எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. HVPE அதன் குறைந்த உற்பத்தி செலவு, வேகமான வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் அதிக படல தடிமன் ஆகியவற்றிற்கு பெயர் பெற்றது. HVPEβ-Ga2O3 பொதுவாக கரடுமுரடான மேற்பரப்பு உருவவியல் மற்றும் மேற்பரப்பு குறைபாடுகள் மற்றும் குழிகளின் அதிக அடர்த்தியைக் காட்டுகிறது என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். எனவே, சாதனத்தை உற்பத்தி செய்வதற்கு முன் வேதியியல் மற்றும் இயந்திர மெருகூட்டல் செயல்முறைகள் தேவைப்படுகின்றன. β-Ga2O3 எபிடாக்ஸிக்கான HVPE தொழில்நுட்பம் பொதுவாக (001) β-Ga2O3 மேட்ரிக்ஸின் உயர்-வெப்பநிலை எதிர்வினையை ஊக்குவிக்க வாயு GaCl மற்றும் O2 ஐ முன்னோடிகளாகப் பயன்படுத்துகிறது. படம் 9 வெப்பநிலையின் செயல்பாடாக எபிடாக்சியல் படத்தின் மேற்பரப்பு நிலை மற்றும் வளர்ச்சி விகிதத்தைக் காட்டுகிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஜப்பானின் நாவல் கிரிஸ்டல் டெக்னாலஜி இன்க். HVPE ஹோமோபிடாக்சியல் β-Ga2O3 இல் குறிப்பிடத்தக்க வணிக வெற்றியை அடைந்துள்ளது, எபிடாக்சியல் அடுக்கு தடிமன் 5 முதல் 10 μm மற்றும் வேஃபர் அளவுகள் 2 மற்றும் 4 அங்குலங்கள். கூடுதலாக, சைனா எலக்ட்ரானிக்ஸ் டெக்னாலஜி குரூப் கார்ப்பரேஷனால் தயாரிக்கப்பட்ட 20 μm தடிமன் கொண்ட HVPE β-Ga2O3 ஹோமோபிடாக்சியல் வேஃபர்களும் வணிகமயமாக்கல் கட்டத்தில் நுழைந்துள்ளன.

படம் 9 HVPE முறை β-Ga2O3

2.4 பி.எல்.டி முறை

PLD தொழில்நுட்பம் முக்கியமாக சிக்கலான ஆக்சைடு படலங்கள் மற்றும் ஹெட்டோரோஸ்ட்ரக்சர்களை வைப்பதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. PLD வளர்ச்சி செயல்முறையின் போது, ​​எலக்ட்ரான் உமிழ்வு செயல்முறை மூலம் ஃபோட்டான் ஆற்றல் இலக்குப் பொருளுடன் இணைக்கப்படுகிறது. MBE க்கு மாறாக, PLD மூலத் துகள்கள் மிக அதிக ஆற்றலுடன் (>100 eV) லேசர் கதிர்வீச்சினால் உருவாகின்றன, பின்னர் சூடான அடி மூலக்கூறில் வைக்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், நீக்குதல் செயல்முறையின் போது, ​​சில உயர் ஆற்றல் துகள்கள் நேரடியாக பொருள் மேற்பரப்பைப் பாதிக்கும், புள்ளி குறைபாடுகளை உருவாக்கும், இதனால் படத்தின் தரத்தைக் குறைக்கும். MBE முறையைப் போலவே, PLD β-Ga2O3 படிவு செயல்முறையின் போது RHEED ஐப் பயன்படுத்தி பொருளின் மேற்பரப்பு அமைப்பு மற்றும் உருவ அமைப்பை நிகழ்நேரத்தில் கண்காணிக்க முடியும், இது ஆராய்ச்சியாளர்கள் வளர்ச்சித் தகவலைத் துல்லியமாகப் பெற அனுமதிக்கிறது. PLD முறை அதிக கடத்தும் β-Ga2O3 படலங்களை வளர்க்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது, இது Ga2O3 சக்தி சாதனங்களில் உகந்த ஓமிக் தொடர்பு தீர்வாக அமைகிறது.

படம் 10 Si டோப் செய்யப்பட்ட Ga2O3 இன் AFM படம்

2.5 MIST-CVD முறை

MIST-CVD என்பது ஒப்பீட்டளவில் எளிமையான மற்றும் செலவு குறைந்த மெல்லிய படல வளர்ச்சி தொழில்நுட்பமாகும். இந்த CVD முறையானது, மெல்லிய படல படிவை அடைய ஒரு அடி மூலக்கூறின் மீது அணுவாக்கப்பட்ட முன்னோடியை தெளிப்பதன் எதிர்வினையை உள்ளடக்கியது. இருப்பினும், இதுவரை, மூடுபனி CVD ஐப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்படும் Ga2O3 இன்னும் நல்ல மின் பண்புகளைக் கொண்டிருக்கவில்லை, இது எதிர்காலத்தில் முன்னேற்றம் மற்றும் உகப்பாக்கத்திற்கு நிறைய இடமளிக்கிறது.