ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட நிலை தானியம் மற்றும் எபிடெக்சியல் வளர்ச்சி தொழில்நுட்பம்-Ⅱ

2. எபிடாக்ஸியல் மெல்லிய படல வளர்ச்சி

அடி மூலக்கூறு, Ga2O3 ஆற்றல் சாதனங்களுக்கு ஒரு பௌதீக ஆதரவு அடுக்கை அல்லது கடத்தும் அடுக்கை வழங்குகிறது. அடுத்த முக்கியமான அடுக்கு, மின்னழுத்த எதிர்ப்பு மற்றும் கேரியர் கடத்தலுக்காகப் பயன்படுத்தப்படும் சேனல் அடுக்கு அல்லது எபிடெக்சியல் அடுக்கு ஆகும். முறிவு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கவும், கடத்தல் எதிர்ப்பைக் குறைக்கவும், கட்டுப்படுத்தக்கூடிய தடிமன் மற்றும் கலப்புச் செறிவு, அத்துடன் உகந்த மூலப்பொருள் தரம் ஆகியவை சில முன்நிபந்தனைகளாகும். உயர்தர Ga2O3 எபிடெக்சியல் அடுக்குகள் பொதுவாக மூலக்கூறு கற்றை எபிடெக்சி (MBE), உலோக கரிம வேதியியல் ஆவிப் படிவு (MOCVD), ஹாலைடு ஆவிப் படிவு (HVPE), துடிப்புள்ள லேசர் படிவு (PLD) மற்றும் மூடுபனி CVD அடிப்படையிலான படிவு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்திப் படியவைக்கப்படுகின்றன.

அட்டவணை 2 சில பிரதிநிதித்துவ எபிடெக்சியல் தொழில்நுட்பங்கள்

2.1 MBE முறை

MBE தொழில்நுட்பம், அதன் மிக உயர் வெற்றிடச் சூழல் மற்றும் உயர் மூலப்பொருள் தூய்மை காரணமாக, கட்டுப்படுத்தக்கூடிய n-வகை கலப்படம் கொண்ட உயர்தரமான, குறைபாடற்ற β-Ga2O3 படலங்களை வளர்க்கும் திறனுக்காகப் புகழ்பெற்றது. இதன் விளைவாக, இது மிகவும் பரவலாக ஆய்வு செய்யப்பட்ட மற்றும் வணிகமயமாக்கப்படக்கூடிய β-Ga2O3 மென்படலப் படிவுத் தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாக மாறியுள்ளது. கூடுதலாக, MBE முறையானது உயர்தரமான, குறைந்த கலப்படம் கொண்ட பல்லடுக்கு β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 மென்படல அடுக்கையும் வெற்றிகரமாகத் தயாரித்துள்ளது. பிரதிபலிப்பு உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான் விளிம்புச்சிதறலை (RHEED)ப் பயன்படுத்தி, MBE தொழில்நுட்பத்தால் மேற்பரப்பு அமைப்பு மற்றும் உருவமைப்பை அணு அடுக்குத் துல்லியத்துடன் நிகழ் நேரத்தில் கண்காணிக்க முடியும். இருப்பினும், MBE தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்படும் β-Ga2O3 படலங்கள், குறைந்த வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் சிறிய படல அளவு போன்ற பல சவால்களை இன்னும் எதிர்கொள்கின்றன. இந்த ஆய்வில், வளர்ச்சி விகிதம் (010)>(001)>(−201)>(100) என்ற வரிசையில் இருப்பது கண்டறியப்பட்டது. 650 முதல் 750°C வரையிலான சற்றே காலியம் செறிந்த சூழலில், β-Ga2O3 (010) ஒரு வழவழப்பான மேற்பரப்பு மற்றும் அதிக வளர்ச்சி விகிதத்துடன் உகந்த வளர்ச்சியை வெளிப்படுத்துகிறது. இந்த முறையைப் பயன்படுத்தி, 0.1 nm RMS சொரசொரப்புடன் β-Ga2O3 எபிடாக்ஸி வெற்றிகரமாக அடையப்பட்டது. காலியம் செறிந்த சூழலில், வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் வளர்க்கப்பட்ட β-Ga2O3 MBE படலங்கள் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளன. நோவல் கிரிஸ்டல் டெக்னாலஜி இன்க். நிறுவனம் 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE வேஃபர்களை வெற்றிகரமாக எபிடாக்ஸி முறையில் உற்பத்தி செய்துள்ளது. அவை 500 μm தடிமன் மற்றும் 150 ஆர்க் வினாடிகளுக்குக் குறைவான XRD FWHM உடன் உயர்தர (010) நோக்குடைய β-Ga2O3 ஒற்றைப் படிக அடி மூலக்கூறுகளை வழங்குகின்றன. இந்த அடி மூலக்கூறு Sn அல்லது Fe கலப்பு செய்யப்பட்டுள்ளது. Sn-கலப்பு செய்யப்பட்ட கடத்தும் அடித்தளமானது 1E18 முதல் 9E18cm−3 வரையிலான கலப்புச் செறிவைக் கொண்டுள்ளது, அதேசமயம் இரும்பு-கலப்பு செய்யப்பட்ட பகுதி-மின்காப்பு அடித்தளமானது 10E10 Ω cm-ஐ விட அதிகமான மின்தடையைக் கொண்டுள்ளது.

2.2 MOCVD முறை

MOCVD முறையானது, மெல்லிய படலங்களை வளர்ப்பதற்காக உலோக கரிம சேர்மங்களை முன்னோடிப் பொருட்களாகப் பயன்படுத்துகிறது, இதன் மூலம் பெரிய அளவிலான வணிக உற்பத்தியை அடைகிறது. MOCVD முறையைப் பயன்படுத்தி Ga2O3-ஐ வளர்க்கும்போது, ​​Ga மூலமாக ட்ரைமெத்தில்காலியம் (TMGa), ட்ரைஎத்தில்காலியம் (TEGa) மற்றும் Ga (டைபென்டைல் ​​கிளைக்கால் ஃபார்மேட்) ஆகியவை பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் ஆக்சிஜன் மூலமாக H2O, O2 அல்லது N2O பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த முறையைப் பயன்படுத்தி வளர்ப்பதற்கு பொதுவாக உயர் வெப்பநிலை (>800°C) தேவைப்படுகிறது. இந்தத் தொழில்நுட்பம் குறைந்த கேரியர் செறிவு மற்றும் உயர் மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலை எலக்ட்ரான் நகர்வுத்திறனை அடையும் திறனைக் கொண்டுள்ளது, எனவே உயர் செயல்திறன் கொண்ட β-Ga2O3 மின் சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கு இது பெரும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. MBE வளர்ச்சி முறையுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​உயர் வெப்பநிலை வளர்ச்சி மற்றும் வேதி வினைகளின் பண்புகள் காரணமாக, β-Ga2O3 படலங்களின் மிக அதிக வளர்ச்சி விகிதங்களை அடையும் நன்மையை MOCVD கொண்டுள்ளது.

படம் 7 β-Ga2O3 (010) AFM படம்

படம் 8 β-Ga2O3 ஹால் மற்றும் வெப்பநிலை மூலம் அளவிடப்பட்ட μ மற்றும் தாள் மின்தடைக்கு இடையிலான தொடர்பு

2.3 HVPE முறை

HVPE என்பது ஒரு முதிர்ந்த எபிடெக்சியல் தொழில்நுட்பமாகும், மேலும் இது III-V கூட்டு குறைக்கடத்திகளின் எபிடெக்சியல் வளர்ச்சியில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. HVPE அதன் குறைந்த உற்பத்திச் செலவு, வேகமான வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் அதிக படலத் தடிமன் ஆகியவற்றிற்காக அறியப்படுகிறது. HVPEβ-Ga2O3 பொதுவாக கரடுமுரடான மேற்பரப்பு உருவமைப்பையும், அதிக அடர்த்தியான மேற்பரப்புக் குறைபாடுகள் மற்றும் பள்ளங்களையும் வெளிப்படுத்துகிறது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. எனவே, சாதனத்தை உற்பத்தி செய்வதற்கு முன்பு வேதியியல் மற்றும் இயந்திரவியல் மெருகூட்டல் செயல்முறைகள் தேவைப்படுகின்றன. β-Ga2O3 எபிடெக்சிக்கான HVPE தொழில்நுட்பம், (001) β-Ga2O3 மேட்ரிக்ஸின் உயர்-வெப்பநிலை வினையை ஊக்குவிக்க, பொதுவாக வாயு நிலையில் உள்ள GaCl மற்றும் O2-ஐ முன்னோடிகளாகப் பயன்படுத்துகிறது. படம் 9, வெப்பநிலையின் சார்பாக எபிடெக்சியல் படலத்தின் மேற்பரப்பு நிலை மற்றும் வளர்ச்சி விகிதத்தைக் காட்டுகிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஜப்பானின் நோவல் கிரிஸ்டல் டெக்னாலஜி இன்க்., 5 முதல் 10 μm வரையிலான எபிடெக்சியல் அடுக்குத் தடிமன்கள் மற்றும் 2 மற்றும் 4 அங்குல வேஃபர் அளவுகளுடன், HVPE ஹோமோஎபிடெக்சியல் β-Ga2O3-இல் குறிப்பிடத்தக்க வணிக வெற்றியை அடைந்துள்ளது. மேலும், சைனா எலக்ட்ரானிக்ஸ் டெக்னாலஜி குரூப் கார்ப்பரேஷனால் தயாரிக்கப்பட்ட 20 μm தடிமன் கொண்ட HVPE β-Ga2O3 ஹோமோஎபிடாக்ஸியல் வேஃபர்களும் வணிகமயமாக்கல் கட்டத்திற்குள் நுழைந்துள்ளன.

படம் 9 HVPE முறை β-Ga2O3

2.4 PLD முறை

PLD தொழில்நுட்பம் முக்கியமாக சிக்கலான ஆக்சைடு படலங்களையும் பல்லினக் கட்டமைப்புகளையும் படியவைக்கப் பயன்படுகிறது. PLD வளர்ச்சிச் செயல்பாட்டின் போது, ​​எலக்ட்ரான் உமிழ்வுச் செயல்முறையின் மூலம் ஃபோட்டான் ஆற்றல் இலக்குப் பொருளுடன் இணைக்கப்படுகிறது. MBE-க்கு மாறாக, PLD-யில் மூலத் துகள்கள் மிக அதிக ஆற்றல் கொண்ட (>100 eV) லேசர் கதிர்வீச்சால் உருவாக்கப்பட்டு, பின்னர் சூடேற்றப்பட்ட அடி மூலக்கூறின் மீது படியவைக்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், சிதைவுச் செயல்பாட்டின் போது, ​​சில உயர் ஆற்றல் துகள்கள் பொருளின் மேற்பரப்பில் நேரடியாக மோதி, புள்ளி குறைபாடுகளை உருவாக்கி, அதன் மூலம் படலத்தின் தரத்தைக் குறைக்கின்றன. MBE முறையைப் போலவே, PLD β-Ga2O3 படியவைப்புச் செயல்பாட்டின் போது பொருளின் மேற்பரப்பு அமைப்பு மற்றும் உருவமைப்பை நிகழ்நேரத்தில் கண்காணிக்க RHEED-ஐப் பயன்படுத்தலாம், இது ஆராய்ச்சியாளர்கள் வளர்ச்சித் தகவல்களைத் துல்லியமாகப் பெற அனுமதிக்கிறது. PLD முறையானது அதிக கடத்தும் திறன் கொண்ட β-Ga2O3 படலங்களை வளர்க்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது, இது Ga2O3 ஆற்றல் சாதனங்களில் உகந்த ஓமிக் தொடர்புத் தீர்வாக அமைகிறது.

படம் 10 சிலிக்கான் கலக்கப்பட்ட Ga2O3 இன் AFM படம்

2.5 MIST-CVD முறை

MIST-CVD என்பது ஒப்பீட்டளவில் எளிமையான மற்றும் செலவு குறைந்த ஒரு மென்படல வளர்ச்சித் தொழில்நுட்பமாகும். இந்த CVD முறையில், மென்படலப் படிவை அடைவதற்காக, அணுவாக்கப்பட்ட முன்னோடிப் பொருள் ஒன்று அடித்தளத்தின் மீது தெளிக்கப்படுகிறது. இருப்பினும், இதுவரை, மிஸ்ட் CVD-ஐப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்பட்ட Ga2O3 நல்ல மின் பண்புகளைக் கொண்டிருக்கவில்லை, இது எதிர்காலத்தில் மேம்பாட்டிற்கும் உகந்ததாக்கலுக்கும் அதிக வாய்ப்பை அளிக்கிறது.