ఆక్సిడైజ్డ్ స్టాండింగ్ గ్రెయిన్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ-Ⅱ

2. ఎపిటాక్సియల్ సన్నని పొర పెరుగుదల

సబ్‌స్ట్రేట్ Ga2O3 పవర్ పరికరాలకు భౌతిక మద్దతు పొర లేదా వాహక పొరను అందిస్తుంది. తదుపరి ముఖ్యమైన పొర వోల్టేజ్ నిరోధకత మరియు క్యారియర్ రవాణా కోసం ఉపయోగించే ఛానల్ పొర లేదా ఎపిటాక్సియల్ పొర. బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్‌ను పెంచడానికి మరియు వాహక నిరోధకతను తగ్గించడానికి, నియంత్రించదగిన మందం మరియు డోపింగ్ సాంద్రత, అలాగే సరైన పదార్థ నాణ్యత కొన్ని ముందస్తు అవసరాలు. అధిక నాణ్యత గల Ga2O3 ఎపిటాక్సియల్ పొరలను సాధారణంగా మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సి (MBE), మెటల్ ఆర్గానిక్ కెమికల్ ఆవిరి నిక్షేపణ (MOCVD), హాలైడ్ ఆవిరి నిక్షేపణ (HVPE), పల్స్డ్ లేజర్ నిక్షేపణ (PLD) మరియు ఫాగ్ CVD ఆధారిత నిక్షేపణ పద్ధతులను ఉపయోగించి జమ చేస్తారు.

పట్టిక 2 కొన్ని ప్రాతినిధ్య ఎపిటాక్సియల్ సాంకేతికతలు

2.1 MBE పద్ధతి

MBE టెక్నాలజీ దాని అల్ట్రా-హై వాక్యూమ్ ఎన్విరాన్‌మెంట్ మరియు అధిక మెటీరియల్ స్వచ్ఛత కారణంగా నియంత్రించదగిన n-రకం డోపింగ్‌తో అధిక-నాణ్యత, లోపం లేని β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లను పెంచే సామర్థ్యానికి ప్రసిద్ధి చెందింది. ఫలితంగా, ఇది విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడిన మరియు వాణిజ్యీకరించబడిన β-Ga2O3 సన్నని ఫిల్మ్ నిక్షేపణ సాంకేతికతలలో ఒకటిగా మారింది. అదనంగా, MBE పద్ధతి అధిక-నాణ్యత, తక్కువ-డోప్డ్ హెటెరోస్ట్రక్చర్ β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 సన్నని ఫిల్మ్ పొరను కూడా విజయవంతంగా సిద్ధం చేసింది. MBE ప్రతిబింబం అధిక శక్తి ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ (RHEED) ఉపయోగించి అణు పొర ఖచ్చితత్వంతో నిజ సమయంలో ఉపరితల నిర్మాణం మరియు పదనిర్మాణ శాస్త్రాన్ని పర్యవేక్షించగలదు. అయినప్పటికీ, MBE టెక్నాలజీని ఉపయోగించి పెరిగిన β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లు ఇప్పటికీ తక్కువ వృద్ధి రేటు మరియు చిన్న ఫిల్మ్ పరిమాణం వంటి అనేక సవాళ్లను ఎదుర్కొంటున్నాయి. వృద్ధి రేటు (010)>(001)>(−201)>(100) క్రమంలో ఉందని అధ్యయనం కనుగొంది. 650 నుండి 750°C వరకు కొద్దిగా Ga-రిచ్ పరిస్థితులలో, β-Ga2O3 (010) మృదువైన ఉపరితలం మరియు అధిక వృద్ధి రేటుతో సరైన పెరుగుదలను ప్రదర్శిస్తుంది. ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి, 0.1 nm యొక్క RMS కరుకుదనంతో β-Ga2O3 ఎపిటాక్సీని విజయవంతంగా సాధించారు. β-Ga2O3 Ga-రిచ్ వాతావరణంలో, వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పెరిగిన MBE ఫిల్మ్‌లను చిత్రంలో చూపించారు. నావెల్ క్రిస్టల్ టెక్నాలజీ ఇంక్. 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE వేఫర్‌లను ఎపిటాక్సీయల్‌గా విజయవంతంగా ఉత్పత్తి చేసింది. అవి 500 μm మందం మరియు 150 ఆర్క్ సెకన్ల కంటే తక్కువ XRD FWHMతో అధిక నాణ్యత (010) ఆధారిత β-Ga2O3 సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను అందిస్తాయి. సబ్‌స్ట్రేట్ Sn డోప్డ్ లేదా Fe డోప్డ్ చేయబడింది. Sn-డోప్డ్ కండక్టివ్ సబ్‌స్ట్రేట్ 1E18 నుండి 9E18cm−3 వరకు డోపింగ్ గాఢతను కలిగి ఉంటుంది, అయితే ఐరన్-డోప్డ్ సెమీ-ఇన్సులేటింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్ 10E10 Ω సెం.మీ కంటే ఎక్కువ రెసిస్టివిటీని కలిగి ఉంటుంది.

2.2 MOCVD పద్ధతి

MOCVD సన్నని పొరలను పెంచడానికి లోహ సేంద్రీయ సమ్మేళనాలను పూర్వగామి పదార్థాలుగా ఉపయోగిస్తుంది, తద్వారా పెద్ద ఎత్తున వాణిజ్య ఉత్పత్తిని సాధిస్తుంది. MOCVD పద్ధతిని ఉపయోగించి Ga2O3 ను పెంచేటప్పుడు, ట్రైమీథైల్‌గాలియం (TMGa), ట్రైఈథైల్‌గాలియం (TEGa) మరియు Ga (డైపెంటైల్ గ్లైకాల్ ఫార్మేట్) సాధారణంగా Ga మూలంగా ఉపయోగించబడతాయి, అయితే H2O, O2 లేదా N2O ఆక్సిజన్ మూలంగా ఉపయోగించబడతాయి. ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి వృద్ధికి సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతలు (>800°C) అవసరం. ఈ సాంకేతికత తక్కువ క్యారియర్ సాంద్రత మరియు అధిక మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఎలక్ట్రాన్ చలనశీలతను సాధించే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, కాబట్టి ఇది అధిక-పనితీరు గల β-Ga2O3 శక్తి పరికరాల సాక్షాత్కారానికి చాలా ముఖ్యమైనది. MBE వృద్ధి పద్ధతితో పోలిస్తే, అధిక-ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల మరియు రసాయన ప్రతిచర్యల లక్షణాల కారణంగా MOCVD β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌ల యొక్క చాలా అధిక వృద్ధి రేటును సాధించే ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది.

మూర్తి 7 β-Ga2O3 (010) AFM చిత్రం

చిత్రం 8 β-Ga2O3 హాల్ మరియు ఉష్ణోగ్రత ద్వారా కొలవబడిన μ మరియు షీట్ నిరోధకత మధ్య సంబంధం

2.3 HVPE పద్ధతి

HVPE అనేది పరిణతి చెందిన ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీ మరియు III-V సమ్మేళన సెమీకండక్టర్ల ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది. HVPE దాని తక్కువ ఉత్పత్తి వ్యయం, వేగవంతమైన వృద్ధి రేటు మరియు అధిక ఫిల్మ్ మందానికి ప్రసిద్ధి చెందింది. HVPEβ-Ga2O3 సాధారణంగా కఠినమైన ఉపరితల స్వరూపాన్ని మరియు ఉపరితల లోపాలు మరియు గుంటల అధిక సాంద్రతను 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 ప్రతిచర్యను ప్రోత్సహించడానికి వాయు GaCl మరియు O2 లను పూర్వగాములుగా ఉపయోగిస్తుంది. చిత్రం 9 ఉష్ణోగ్రత యొక్క విధిగా ఎపిటాక్సియల్ ఫిల్మ్ యొక్క ఉపరితల స్థితి మరియు వృద్ధి రేటును చూపిస్తుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, జపాన్ యొక్క నావెల్ క్రిస్టల్ టెక్నాలజీ ఇంక్. HVPE హోమోపిటాక్సియల్ β-Ga2O3లో గణనీయమైన వాణిజ్య విజయాన్ని సాధించింది, ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం 5 నుండి 10 μm మరియు వేఫర్ పరిమాణాలు 2 మరియు 4 అంగుళాలు. అదనంగా, చైనా ఎలక్ట్రానిక్స్ టెక్నాలజీ గ్రూప్ కార్పొరేషన్ ఉత్పత్తి చేసిన 20 μm మందం కలిగిన HVPE β-Ga2O3 హోమోపిటాక్సియల్ వేఫర్‌లు కూడా వాణిజ్యీకరణ దశలోకి ప్రవేశించాయి.

చిత్రం 9 HVPE పద్ధతి β-Ga2O3

2.4 PLD పద్ధతి

PLD సాంకేతికత ప్రధానంగా సంక్లిష్ట ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌లు మరియు హెటెరోస్ట్రక్చర్‌లను డిపాజిట్ చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. PLD వృద్ధి ప్రక్రియలో, ఎలక్ట్రాన్ ఉద్గార ప్రక్రియ ద్వారా ఫోటాన్ శక్తి లక్ష్య పదార్థంతో జతచేయబడుతుంది. MBEకి విరుద్ధంగా, PLD మూల కణాలు చాలా అధిక శక్తితో (>100 eV) లేజర్ రేడియేషన్ ద్వారా ఏర్పడతాయి మరియు తరువాత వేడిచేసిన ఉపరితలంపై జమ చేయబడతాయి. అయితే, అబ్లేషన్ ప్రక్రియలో, కొన్ని అధిక-శక్తి కణాలు నేరుగా పదార్థ ఉపరితలంపై ప్రభావం చూపుతాయి, పాయింట్ లోపాలను సృష్టిస్తాయి మరియు తద్వారా ఫిల్మ్ నాణ్యతను తగ్గిస్తాయి. MBE పద్ధతి మాదిరిగానే, PLD β-Ga2O3 నిక్షేపణ ప్రక్రియ సమయంలో RHEEDని నిజ సమయంలో పదార్థం యొక్క ఉపరితల నిర్మాణం మరియు పదనిర్మాణాన్ని పర్యవేక్షించడానికి ఉపయోగించవచ్చు, ఇది పరిశోధకులు వృద్ధి సమాచారాన్ని ఖచ్చితంగా పొందేందుకు వీలు కల్పిస్తుంది. PLD పద్ధతి అధిక వాహక β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లను పెంచుతుందని భావిస్తున్నారు, ఇది Ga2O3 పవర్ పరికరాల్లో ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన ఓమిక్ కాంటాక్ట్ సొల్యూషన్‌గా మారుతుంది.

Si డోప్డ్ Ga2O3 యొక్క చిత్రం 10 AFM చిత్రం

2.5 MIST-CVD పద్ధతి

MIST-CVD అనేది సాపేక్షంగా సరళమైన మరియు ఖర్చుతో కూడుకున్న సన్నని పొర వృద్ధి సాంకేతికత. ఈ CVD పద్ధతిలో సన్నని పొర నిక్షేపణను సాధించడానికి ఒక ఉపరితలంపై అటామైజ్డ్ పూర్వగామిని చల్లడం యొక్క ప్రతిచర్య ఉంటుంది. అయితే, ఇప్పటివరకు, మిస్ట్ CVDని ఉపయోగించి పెరిగిన Ga2O3 ఇప్పటికీ మంచి విద్యుత్ లక్షణాలను కలిగి లేదు, ఇది భవిష్యత్తులో మెరుగుదల మరియు ఆప్టిమైజేషన్‌కు చాలా స్థలాన్ని వదిలివేస్తుంది.