ఆక్సీకరణ చెందిన స్టాండింగ్ గ్రెయిన్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ-Ⅱ

2. ఎపిటాక్సియల్ సన్నని పొర పెరుగుదల

సబ్‌స్ట్రేట్ అనేది Ga2O3 పవర్ డివైజ్‌లకు భౌతిక ఆధార పొర లేదా వాహక పొరను అందిస్తుంది. తదుపరి ముఖ్యమైన పొర ఛానల్ పొర లేదా ఎపిటాక్సియల్ పొర, ఇది వోల్టేజ్ నిరోధకత మరియు క్యారియర్ రవాణా కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్‌ను పెంచడానికి మరియు వాహక నిరోధకతను తగ్గించడానికి, నియంత్రించదగిన మందం మరియు డోపింగ్ గాఢత, అలాగే సరైన మెటీరియల్ నాణ్యత అనేవి కొన్ని ముందస్తు అవసరాలు. అధిక నాణ్యత గల Ga2O3 ఎపిటాక్సియల్ పొరలను సాధారణంగా మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE), మెటల్ ఆర్గానిక్ కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (MOCVD), హాలైడ్ వేపర్ డిపోజిషన్ (HVPE), పల్స్డ్ లేజర్ డిపోజిషన్ (PLD), మరియు ఫాగ్ CVD ఆధారిత డిపోజిషన్ పద్ధతులను ఉపయోగించి డిపాజిట్ చేస్తారు.

పట్టిక 2 కొన్ని ప్రతినిధి ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీలు

2.1 MBE పద్ధతి

MBE సాంకేతికత దాని అత్యధిక వాక్యూమ్ వాతావరణం మరియు అధిక పదార్థ స్వచ్ఛత కారణంగా, నియంత్రించదగిన n-రకం డోపింగ్‌తో అధిక-నాణ్యత, లోపరహిత β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లను పెంచగల సామర్థ్యానికి ప్రసిద్ధి చెందింది. ఫలితంగా, ఇది అత్యంత విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడిన మరియు వాణిజ్యీకరించబడే అవకాశం ఉన్న β-Ga2O3 సన్నని ఫిల్మ్ డిపాజిషన్ సాంకేతికతలలో ఒకటిగా మారింది. అదనంగా, MBE పద్ధతి అధిక-నాణ్యత, తక్కువ-డోప్డ్ హెటెరోస్ట్రక్చర్ β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 సన్నని ఫిల్మ్ పొరను కూడా విజయవంతంగా తయారు చేసింది. MBE, రిఫ్లెక్షన్ హై ఎనర్జీ ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ (RHEED)ను ఉపయోగించి, అణు పొర ఖచ్చితత్వంతో ఉపరితల నిర్మాణం మరియు స్వరూపాన్ని నిజ సమయంలో పర్యవేక్షించగలదు. అయినప్పటికీ, MBE సాంకేతికతను ఉపయోగించి పెంచిన β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లు ఇప్పటికీ తక్కువ పెరుగుదల రేటు మరియు చిన్న ఫిల్మ్ పరిమాణం వంటి అనేక సవాళ్లను ఎదుర్కొంటున్నాయి. పెరుగుదల రేటు (010)>(001)>(−201)>(100) క్రమంలో ఉందని అధ్యయనం కనుగొంది. 650 నుండి 750°C వరకు ఉండే కొద్దిగా Ga-సమృద్ధి పరిస్థితులలో, β-Ga2O3 (010) నునుపైన ఉపరితలం మరియు అధిక వృద్ధి రేటుతో ఉత్తమమైన పెరుగుదలను ప్రదర్శిస్తుంది. ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి, 0.1 nm యొక్క RMS గరుకుదనంతో β-Ga2O3 ఎపిటాక్సీని విజయవంతంగా సాధించారు. Ga-సమృద్ధి వాతావరణంలో, వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పెంచిన β-Ga2O3 MBE ఫిల్మ్‌లు చిత్రంలో చూపబడ్డాయి. నోవెల్ క్రిస్టల్ టెక్నాలజీ ఇంక్. 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE వేఫర్‌లను విజయవంతంగా ఎపిటాక్సియల్‌గా ఉత్పత్తి చేసింది. అవి 500 μm మందం మరియు 150 ఆర్క్ సెకన్ల కంటే తక్కువ XRD FWHMతో అధిక నాణ్యత గల (010) ఓరియెంటెడ్ β-Ga2O3 సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను అందిస్తాయి. ఈ సబ్‌స్ట్రేట్ Sn డోప్ చేయబడింది లేదా Fe డోప్ చేయబడింది. Sn-డోప్ చేయబడిన వాహక సబ్‌స్ట్రేట్ 1E18 నుండి 9E18cm−3 వరకు డోపింగ్ గాఢతను కలిగి ఉండగా, ఐరన్-డోప్ చేయబడిన సెమీ-ఇన్సులేటింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్ 10E10 Ω cm కంటే ఎక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది.

2.2 MOCVD పద్ధతి

MOCVD పద్ధతిలో, పలుచని పొరలను పెంచడానికి మెటల్ ఆర్గానిక్ కాంపౌండ్స్‌ను ప్రికర్సర్ మెటీరియల్స్‌గా ఉపయోగిస్తారు, తద్వారా భారీ స్థాయిలో వాణిజ్య ఉత్పత్తిని సాధిస్తారు. MOCVD పద్ధతిని ఉపయోగించి Ga2O3ను పెంచేటప్పుడు, సాధారణంగా Ga సోర్స్‌గా ట్రైమిథైల్‌గాలియం (TMGa), ట్రైఇథైల్‌గాలియం (TEGa) మరియు Ga (డైపెంటిల్ గ్లైకాల్ ఫార్మేట్)లను ఉపయోగిస్తారు, అయితే ఆక్సిజన్ సోర్స్‌గా H2O, O2 లేదా N2Oలను వాడతారు. ఈ పద్ధతిలో పెంచడానికి సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతలు (>800°C) అవసరం. ఈ టెక్నాలజీ తక్కువ క్యారియర్ గాఢతను మరియు అధిక, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీని సాధించే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, కాబట్టి అధిక-పనితీరు గల β-Ga2O3 పవర్ డివైజ్‌ల రూపకల్పనకు ఇది చాలా ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉంది. MBE గ్రోత్ పద్ధతితో పోలిస్తే, అధిక-ఉష్ణోగ్రత వద్ద పెరగడం మరియు రసాయన చర్యల వంటి లక్షణాల కారణంగా, MOCVD పద్ధతి β-Ga2O3 పొరల యొక్క అత్యధిక గ్రోత్ రేట్లను సాధించే ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది.

మూర్తి 7 β-Ga2O3 (010) AFM చిత్రం

పటం 8 β-Ga2O3 హాల్ మరియు ఉష్ణోగ్రత ద్వారా కొలవబడిన μ మరియు షీట్ రెసిస్టెన్స్ మధ్య సంబంధం

2.3 HVPE పద్ధతి

HVPE అనేది ఒక పరిణతి చెందిన ఎపిటాక్సియల్ సాంకేతికత మరియు III-V సమ్మేళన సెమీకండక్టర్ల ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధిలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది. HVPE దాని తక్కువ ఉత్పత్తి వ్యయం, వేగవంతమైన వృద్ధి రేటు మరియు అధిక ఫిల్మ్ మందానికి ప్రసిద్ధి చెందింది. HVPEβ-Ga2O3 సాధారణంగా గరుకైన ఉపరితల స్వరూపాన్ని మరియు అధిక సాంద్రత గల ఉపరితల లోపాలు మరియు గుంటలను ప్రదర్శిస్తుందని గమనించాలి. అందువల్ల, పరికరాన్ని తయారు చేయడానికి ముందు రసాయన మరియు యాంత్రిక పాలిషింగ్ ప్రక్రియలు అవసరం. β-Ga2O3 ఎపిటాక్సీ కోసం HVPE సాంకేతికత సాధారణంగా (001) β-Ga2O3 మాతృక యొక్క అధిక-ఉష్ణోగ్రత చర్యను ప్రోత్సహించడానికి వాయురూప GaCl మరియు O2 లను పూర్వగాములుగా ఉపయోగిస్తుంది. పటం 9 ఉష్ణోగ్రత యొక్క ప్రమేయంగా ఎపిటాక్సియల్ ఫిల్మ్ యొక్క ఉపరితల పరిస్థితి మరియు వృద్ధి రేటును చూపుతుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, జపాన్‌కు చెందిన నోవెల్ క్రిస్టల్ టెక్నాలజీ ఇంక్., 5 నుండి 10 μm ఎపిటాక్సియల్ పొర మందాలు మరియు 2 మరియు 4 అంగుళాల వేఫర్ పరిమాణాలతో, HVPE హోమోఎపిటాక్సియల్ β-Ga2O3లో గణనీయమైన వాణిజ్య విజయాన్ని సాధించింది. దీనికి అదనంగా, చైనా ఎలక్ట్రానిక్స్ టెక్నాలజీ గ్రూప్ కార్పొరేషన్ ఉత్పత్తి చేసిన 20 μm మందం గల HVPE β-Ga2O3 హోమోఎపిటాక్సియల్ వేఫర్లు కూడా వాణిజ్యీకరణ దశలోకి ప్రవేశించాయి.

చిత్రం 9 HVPE పద్ధతి β-Ga2O3

2.4 PLD పద్ధతి

PLD టెక్నాలజీని ప్రధానంగా సంక్లిష్ట ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌లు మరియు హెటెరోస్ట్రక్చర్‌లను డిపాజిట్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. PLD గ్రోత్ ప్రక్రియ సమయంలో, ఎలక్ట్రాన్ ఎమిషన్ ప్రక్రియ ద్వారా ఫోటాన్ శక్తి టార్గెట్ మెటీరియల్‌కు అనుసంధానించబడుతుంది. MBEకి భిన్నంగా, PLD సోర్స్ కణాలు అత్యంత అధిక శక్తి (>100 eV) గల లేజర్ రేడియేషన్ ద్వారా ఏర్పడి, ఆ తర్వాత వేడి చేసిన సబ్‌స్ట్రేట్‌పై డిపాజిట్ చేయబడతాయి. అయితే, అబ్లేషన్ ప్రక్రియ సమయంలో, కొన్ని అధిక-శక్తి కణాలు నేరుగా మెటీరియల్ ఉపరితలంపై పడి, పాయింట్ డిఫెక్ట్‌లను సృష్టిస్తాయి, తద్వారా ఫిల్మ్ నాణ్యతను తగ్గిస్తాయి. MBE పద్ధతి మాదిరిగానే, PLD β-Ga2O3 డిపాజిషన్ ప్రక్రియ సమయంలో మెటీరియల్ యొక్క ఉపరితల నిర్మాణం మరియు మార్ఫాలజీని రియల్ టైమ్‌లో పర్యవేక్షించడానికి RHEEDను ఉపయోగించవచ్చు, ఇది పరిశోధకులకు గ్రోత్ సమాచారాన్ని కచ్చితంగా పొందేందుకు వీలు కల్పిస్తుంది. PLD పద్ధతి ద్వారా అధిక వాహకత గల β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లను పెంచవచ్చని, తద్వారా Ga2O3 పవర్ డివైజ్‌లలో ఇది ఒక ఆప్టిమైజ్డ్ ఓమిక్ కాంటాక్ట్ సొల్యూషన్‌గా మారుతుందని భావిస్తున్నారు.

పటం 10 Si డోప్ చేయబడిన Ga2O3 యొక్క AFM చిత్రం

2.5 MIST-CVD పద్ధతి

MIST-CVD అనేది సాపేక్షంగా సరళమైన మరియు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన పలుచని పొరను పెంచే సాంకేతికత. ఈ CVD పద్ధతిలో, పలుచని పొరను ఏర్పరచడానికి, అణువులుగా మార్చబడిన ప్రికర్సర్‌ను ఒక సబ్‌స్ట్రేట్‌పై స్ప్రే చేసే చర్య జరుగుతుంది. అయితే, ఇప్పటివరకు, మిస్ట్ CVD ఉపయోగించి పెంచిన Ga2O3కి మంచి విద్యుత్ లక్షణాలు లేవు, దీనివల్ల భవిష్యత్తులో దీనిని మెరుగుపరచడానికి మరియు ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి చాలా అవకాశం ఉంది.