অক্সিডাইজড স্ট্যান্ডিং গ্রেইন এবং এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ টেকনোলজি-Ⅱ

2. এপিটাক্সিয়াল পাতলা ফিল্ম বৃদ্ধি

সাবস্ট্রেটটি Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইসগুলির জন্য একটি শারীরিক সমর্থন স্তর বা পরিবাহী স্তর সরবরাহ করে। পরবর্তী গুরুত্বপূর্ণ স্তরটি হল চ্যানেল স্তর বা এপিটাক্সিয়াল স্তর যা ভোল্টেজ প্রতিরোধ এবং বাহক পরিবহনের জন্য ব্যবহৃত হয়। ব্রেকডাউন ভোল্টেজ বাড়ানোর জন্য এবং সঞ্চালন প্রতিরোধের ন্যূনতম করার জন্য, নিয়ন্ত্রণযোগ্য বেধ এবং ডোপিং ঘনত্ব, সেইসাথে সর্বোত্তম উপাদানের গুণমান, কিছু পূর্বশর্ত। উচ্চ মানের Ga2O3 এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলি সাধারণত আণবিক বিম এপিটাক্সি (MBE), ধাতব জৈব রাসায়নিক বাষ্প জমা (MOCVD), হ্যালাইড বাষ্প জমা (HVPE), পালসড লেজার ডিপোজিশন (PLD), এবং কুয়াশা CVD ভিত্তিক জমা কৌশল ব্যবহার করে জমা করা হয়।

সারণী 2 কিছু প্রতিনিধিত্বমূলক এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তি

2.1 MBE পদ্ধতি

MBE প্রযুক্তি তার অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম পরিবেশ এবং উচ্চ উপাদানের বিশুদ্ধতার কারণে নিয়ন্ত্রণযোগ্য এন-টাইপ ডোপিং সহ উচ্চ-মানের, ত্রুটি-মুক্ত β-Ga2O3 ফিল্ম তৈরি করার ক্ষমতার জন্য বিখ্যাত। ফলস্বরূপ, এটি সবচেয়ে ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা এবং সম্ভাব্য বাণিজ্যিকীকৃত β-Ga2O3 পাতলা ফিল্ম ডিপোজিশন প্রযুক্তি হয়ে উঠেছে। এছাড়াও, MBE পদ্ধতিটি সফলভাবে একটি উচ্চ-মানের, কম-ডোপড হেটেরোস্ট্রাকচার β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 পাতলা ফিল্ম স্তর প্রস্তুত করেছে। এমবিই রিফ্লেকশন হাই এনার্জি ইলেক্ট্রন ডিফ্র্যাকশন (RHEED) ব্যবহার করে পারমাণবিক স্তর নির্ভুলতার সাথে বাস্তব সময়ে পৃষ্ঠের গঠন এবং রূপবিদ্যা নিরীক্ষণ করতে পারে। যাইহোক, MBE প্রযুক্তি ব্যবহার করে উত্থিত β-Ga2O3 ফিল্মগুলি এখনও অনেক চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়, যেমন কম বৃদ্ধির হার এবং ছোট ফিল্ম আকার। গবেষণায় দেখা গেছে যে বৃদ্ধির হার ছিল (010)>(001)>(−201)>(100)। 650 থেকে 750 ডিগ্রি সেলসিয়াসের সামান্য Ga-সমৃদ্ধ অবস্থার অধীনে, β-Ga2O3 (010) একটি মসৃণ পৃষ্ঠ এবং উচ্চ বৃদ্ধির হার সহ সর্বোত্তম বৃদ্ধি প্রদর্শন করে। এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করে, β-Ga2O3 এপিটাক্সি সফলভাবে 0.1 nm এর RMS রুক্ষতার সাথে অর্জন করা হয়েছিল। β-Ga2O3 একটি Ga-সমৃদ্ধ পরিবেশে, বিভিন্ন তাপমাত্রায় জন্মানো MBE ফিল্মগুলি চিত্রে দেখানো হয়েছে। নভেল ক্রিস্টাল টেকনোলজি ইনক. সফলভাবে 10 × 15 মিমি 2 β-Ga2O3MBE ওয়েফার তৈরি করেছে। তারা উচ্চ মানের (010) ভিত্তিক β-Ga2O3 একক ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেট প্রদান করে যার পুরুত্ব 500 μm এবং XRD FWHM 150 আর্ক সেকেন্ডের নিচে। সাবস্ট্রেট হল Sn doped বা Fe doped। Sn-ডোপড পরিবাহী সাবস্ট্রেটের ডোপিং ঘনত্ব 1E18 থেকে 9E18cm−3, যখন আয়রন-ডোপড সেমি-ইনসুলেটিং সাবস্ট্রেটের প্রতিরোধ ক্ষমতা 10E10 Ω সেমি থেকে বেশি।

2.2 MOCVD পদ্ধতি

MOCVD ধাতু জৈব যৌগগুলিকে পাতলা ফিল্ম বাড়ানোর জন্য পূর্বসূরি উপাদান হিসাবে ব্যবহার করে, যার ফলে বড় আকারের বাণিজ্যিক উত্পাদন অর্জন করা যায়। MOCVD পদ্ধতি ব্যবহার করে Ga2O3 বাড়ানোর সময়, trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) এবং Ga (dipentyl glycol formate) সাধারণত Ga উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয়, যখন H2O, O2 বা N2O অক্সিজেনের উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয়। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে বৃদ্ধির জন্য সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন হয় (>800°C)। এই প্রযুক্তির কম ক্যারিয়ারের ঘনত্ব এবং উচ্চ এবং নিম্ন তাপমাত্রার ইলেক্ট্রন গতিশীলতা অর্জনের সম্ভাবনা রয়েছে, তাই উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন β-Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইসগুলির উপলব্ধির জন্য এটি অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ। MBE বৃদ্ধির পদ্ধতির সাথে তুলনা করে, MOCVD-এর উচ্চ-তাপমাত্রার বৃদ্ধি এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ার বৈশিষ্ট্যের কারণে β-Ga2O3 ফিল্মের খুব উচ্চ বৃদ্ধির হার অর্জনের সুবিধা রয়েছে।

চিত্র 7 β-Ga2O3 (010) AFM চিত্র

চিত্র 8 β-Ga2O3 হল এবং তাপমাত্রা দ্বারা পরিমাপ করা μ এবং শীট প্রতিরোধের মধ্যে সম্পর্ক

2.3 HVPE পদ্ধতি

HVPE হল একটি পরিপক্ক এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তি এবং III-V যৌগিক সেমিকন্ডাক্টরগুলির এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। HVPE তার কম উৎপাদন খরচ, দ্রুত বৃদ্ধির হার এবং উচ্চ ফিল্ম বেধের জন্য পরিচিত। এটি লক্ষ করা উচিত যে HVPEβ-Ga2O3 সাধারণত পৃষ্ঠের রুক্ষ রূপবিদ্যা এবং পৃষ্ঠের ত্রুটি এবং গর্তের উচ্চ ঘনত্ব প্রদর্শন করে। অতএব, ডিভাইসটি তৈরি করার আগে রাসায়নিক এবং যান্ত্রিক পলিশিং প্রক্রিয়া প্রয়োজন। β-Ga2O3 এপিটাক্সির জন্য HVPE প্রযুক্তি সাধারণত (001) β-Ga2O3 ম্যাট্রিক্সের উচ্চ-তাপমাত্রার প্রতিক্রিয়া প্রচারের জন্য বায়বীয় GaCl এবং O2কে পূর্বসূরি হিসেবে ব্যবহার করে। চিত্র 9 তাপমাত্রার একটি ফাংশন হিসাবে এপিটাক্সিয়াল ফিল্মের পৃষ্ঠের অবস্থা এবং বৃদ্ধির হার দেখায়। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, জাপানের নভেল ক্রিস্টাল টেকনোলজি ইনকর্পোরেটেড HVPE হোমোপিটাক্সিয়াল β-Ga2O3-এ উল্লেখযোগ্য বাণিজ্যিক সাফল্য অর্জন করেছে, যার এপিটাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব 5 থেকে 10 μm এবং ওয়েফার আকার 2 এবং 4 ইঞ্চি। এছাড়াও, চায়না ইলেকট্রনিক্স টেকনোলজি গ্রুপ কর্পোরেশন দ্বারা উত্পাদিত 20 μm পুরু HVPE β-Ga2O3 হোমোপিটাক্সিয়াল ওয়েফারগুলিও বাণিজ্যিকীকরণ পর্যায়ে প্রবেশ করেছে।

চিত্র 9 HVPE পদ্ধতি β-Ga2O3

2.4 PLD পদ্ধতি

PLD প্রযুক্তি প্রধানত জটিল অক্সাইড ফিল্ম এবং heterostructures জমা করতে ব্যবহৃত হয়। PLD বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময়, ফোটন শক্তি ইলেকট্রন নির্গমন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে লক্ষ্যবস্তুর সাথে মিলিত হয়। MBE-এর বিপরীতে, PLD উৎস কণাগুলি অত্যন্ত উচ্চ শক্তি (>100 eV) সহ লেজার বিকিরণ দ্বারা গঠিত হয় এবং পরবর্তীকালে একটি উত্তপ্ত স্তরে জমা হয়। যাইহোক, বিমোচন প্রক্রিয়া চলাকালীন, কিছু উচ্চ-শক্তি কণা সরাসরি উপাদান পৃষ্ঠকে প্রভাবিত করবে, বিন্দু ত্রুটি তৈরি করবে এবং এইভাবে ফিল্মের গুণমান হ্রাস করবে। MBE পদ্ধতির অনুরূপ, RHEED-কে PLD β-Ga2O3 জমা করার প্রক্রিয়ার সময় বস্তুর পৃষ্ঠের গঠন এবং রূপতত্ত্ব নিরীক্ষণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা গবেষকদের সঠিকভাবে বৃদ্ধির তথ্য পেতে অনুমতি দেয়। PLD পদ্ধতিটি উচ্চ পরিবাহী β-Ga2O3 ফিল্ম বৃদ্ধি করবে বলে আশা করা হচ্ছে, এটিকে Ga2O3 পাওয়ার ডিভাইসে একটি অপ্টিমাইজ করা ওমিক যোগাযোগের সমাধান তৈরি করে।

Si doped Ga2O3 এর চিত্র 10 AFM চিত্র

2.5 MIST-CVD পদ্ধতি

MIST-CVD একটি অপেক্ষাকৃত সহজ এবং সাশ্রয়ী পাতলা ফিল্ম বৃদ্ধি প্রযুক্তি। এই সিভিডি পদ্ধতিতে পাতলা ফিল্ম ডিপোজিশন অর্জনের জন্য একটি সাবস্ট্রেটের উপর একটি পরমাণুযুক্ত অগ্রদূত স্প্রে করার প্রতিক্রিয়া জড়িত। যাইহোক, এখন পর্যন্ত, মিস্ট সিভিডি ব্যবহার করে উত্থিত Ga2O3 এর এখনও ভাল বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যের অভাব রয়েছে, যা ভবিষ্যতে উন্নতি এবং অপ্টিমাইজেশানের জন্য অনেক জায়গা ছেড়ে দেয়।