ऑक्सीकृत खड़े अनाज और एपिटैक्सियल विकास प्रौद्योगिकी-Ⅱ

3. एपीटैक्सियल पतली फिल्म वृद्धि
सब्सट्रेट Ga2O3 बिजली उपकरणों के लिए एक भौतिक समर्थन परत या प्रवाहकीय परत प्रदान करता है। अगली महत्वपूर्ण परत चैनल परत या एपिटैक्सियल परत है जिसका उपयोग वोल्टेज प्रतिरोध और वाहक परिवहन के लिए किया जाता है। ब्रेकडाउन वोल्टेज को बढ़ाने और चालन प्रतिरोध को कम करने के लिए, नियंत्रणीय मोटाई और डोपिंग एकाग्रता, साथ ही इष्टतम सामग्री गुणवत्ता, कुछ पूर्वापेक्षाएँ हैं। उच्च गुणवत्ता वाली Ga2O3 एपिटैक्सियल परतें आमतौर पर आणविक बीम एपिटेक्सी (एमबीई), धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (एमओसीवीडी), हैलाइड वाष्प जमाव (एचवीपीई), स्पंदित लेजर जमाव (पीएलडी), और कोहरे सीवीडी आधारित जमाव तकनीकों का उपयोग करके जमा की जाती हैं।

तालिका 2 कुछ प्रतिनिधि एपिटैक्सियल प्रौद्योगिकियाँ

3.1 एमबीई विधि
एमबीई तकनीक अपने अति-उच्च वैक्यूम वातावरण और उच्च सामग्री शुद्धता के कारण नियंत्रणीय एन-प्रकार डोपिंग के साथ उच्च-गुणवत्ता, दोष-मुक्त β-Ga2O3 फिल्मों को विकसित करने की क्षमता के लिए प्रसिद्ध है। परिणामस्वरूप, यह सबसे व्यापक रूप से अध्ययन की गई और संभावित रूप से व्यावसायीकृत β-Ga2O3 पतली फिल्म जमाव प्रौद्योगिकियों में से एक बन गई है। इसके अलावा, एमबीई विधि ने एक उच्च गुणवत्ता वाली, कम डोप वाली हेटरोस्ट्रक्चर β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 पतली फिल्म परत भी सफलतापूर्वक तैयार की। एमबीई परावर्तन उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (आरएचईईडी) का उपयोग करके परमाणु परत परिशुद्धता के साथ वास्तविक समय में सतह संरचना और आकारिकी की निगरानी कर सकता है। हालाँकि, MBE तकनीक का उपयोग करके विकसित की गई β-Ga2O3 फिल्मों को अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जैसे कम विकास दर और छोटा फिल्म आकार। अध्ययन में पाया गया कि विकास दर (010)>(001)>(−201)>(100) के क्रम में थी। 650 से 750 डिग्री सेल्सियस की थोड़ी सी गैस-समृद्ध स्थितियों के तहत, β-Ga2O3 (010) एक चिकनी सतह और उच्च विकास दर के साथ इष्टतम विकास प्रदर्शित करता है। इस पद्धति का उपयोग करके, β-Ga2O3 एपिटैक्सी को 0.1 एनएम की आरएमएस खुरदरापन के साथ सफलतापूर्वक प्राप्त किया गया था। β-Ga2O3 गा-समृद्ध वातावरण में, विभिन्न तापमानों पर उगाई गई एमबीई फिल्मों को चित्र में दिखाया गया है। नोवेल क्रिस्टल टेक्नोलॉजी इंक ने सफलतापूर्वक 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE वेफर्स का उत्पादन किया है। वे 500 μm की मोटाई और 150 आर्क सेकंड से नीचे XRD FWHM के साथ उच्च गुणवत्ता (010) उन्मुख β-Ga2O3 सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट प्रदान करते हैं। सब्सट्रेट Sn डोप्ड या Fe डोप्ड है। एसएन-डॉप्ड प्रवाहकीय सब्सट्रेट में 1E18 से 9E18cm−3 की डोपिंग सांद्रता होती है, जबकि आयरन-डॉप्ड सेमी-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट की प्रतिरोधकता 10E10 Ω सेमी से अधिक होती है।

3.2 एमओसीवीडी विधि
एमओसीवीडी पतली फिल्मों को विकसित करने के लिए पूर्ववर्ती सामग्री के रूप में धातु कार्बनिक यौगिकों का उपयोग करता है, जिससे बड़े पैमाने पर व्यावसायिक उत्पादन प्राप्त होता है। MOCVD विधि का उपयोग करके Ga2O3 उगाते समय, ट्राइमेथिलगैलियम (TMGa), ट्राइथाइलगैलियम (TEGa) और Ga (डिपेंटाइल ग्लाइकोल फॉर्मेट) का उपयोग आमतौर पर Ga स्रोत के रूप में किया जाता है, जबकि H2O, O2 या N2O का उपयोग ऑक्सीजन स्रोत के रूप में किया जाता है। इस विधि का उपयोग करके विकास के लिए आम तौर पर उच्च तापमान (>800°C) की आवश्यकता होती है। इस तकनीक में कम वाहक सांद्रता और उच्च और निम्न तापमान इलेक्ट्रॉन गतिशीलता प्राप्त करने की क्षमता है, इसलिए उच्च-प्रदर्शन β-Ga2O3 बिजली उपकरणों की प्राप्ति के लिए इसका बहुत महत्व है। एमबीई विकास पद्धति की तुलना में, उच्च तापमान वृद्धि और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की विशेषताओं के कारण एमओसीवीडी को β-Ga2O3 फिल्मों की बहुत उच्च विकास दर प्राप्त करने का लाभ है।

चित्र 7 β-Ga2O3 (010) एएफएम छवि

चित्र 8 β-Ga2O3 हॉल और तापमान द्वारा मापा गया μ और शीट प्रतिरोध के बीच संबंध

3.3 एचवीपीई विधि
एचवीपीई एक परिपक्व एपिटैक्सियल तकनीक है और इसका व्यापक रूप से III-V यौगिक अर्धचालकों के एपिटैक्सियल विकास में उपयोग किया गया है। एचवीपीई अपनी कम उत्पादन लागत, तेज विकास दर और उच्च फिल्म मोटाई के लिए जाना जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि HVPEβ-Ga2O3 आमतौर पर खुरदरी सतह आकृति विज्ञान और सतह दोषों और गड्ढों के उच्च घनत्व को प्रदर्शित करता है। इसलिए, उपकरण के निर्माण से पहले रासायनिक और यांत्रिक पॉलिशिंग प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। β-Ga2O3 एपिटैक्सी के लिए HVPE तकनीक आमतौर पर (001) β-Ga2O3 मैट्रिक्स की उच्च तापमान प्रतिक्रिया को बढ़ावा देने के लिए गैसीय GaCl और O2 को अग्रदूत के रूप में उपयोग करती है। चित्र 9 तापमान के आधार पर एपिटैक्सियल फिल्म की सतह की स्थिति और विकास दर को दर्शाता है। हाल के वर्षों में, जापान की नोवेल क्रिस्टल टेक्नोलॉजी इंक ने एचवीपीई होमोएपिटैक्सियल β-Ga2O3 में महत्वपूर्ण व्यावसायिक सफलता हासिल की है, जिसमें एपिटैक्सियल परत की मोटाई 5 से 10 माइक्रोन और वेफर आकार 2 और 4 इंच है। इसके अलावा, चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नोलॉजी ग्रुप कॉरपोरेशन द्वारा उत्पादित 20 माइक्रोन मोटी एचवीपीई β-Ga2O3 होमियोएपिटैक्सियल वेफर्स ने भी व्यावसायीकरण चरण में प्रवेश किया है।

चित्र 9 एचवीपीई विधि β-Ga2O3

3.4 पीएलडी विधि
पीएलडी तकनीक का उपयोग मुख्य रूप से जटिल ऑक्साइड फिल्मों और हेटरोस्ट्रक्चर को जमा करने के लिए किया जाता है। पीएलडी वृद्धि प्रक्रिया के दौरान, फोटॉन ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन प्रक्रिया के माध्यम से लक्ष्य सामग्री से जोड़ा जाता है। एमबीई के विपरीत, पीएलडी स्रोत कण अत्यधिक उच्च ऊर्जा (>100 ईवी) के साथ लेजर विकिरण द्वारा बनते हैं और बाद में एक गर्म सब्सट्रेट पर जमा होते हैं। हालाँकि, एब्लेशन प्रक्रिया के दौरान, कुछ उच्च-ऊर्जा कण सीधे सामग्री की सतह पर प्रभाव डालेंगे, जिससे बिंदु दोष पैदा होंगे और इस प्रकार फिल्म की गुणवत्ता कम हो जाएगी। एमबीई विधि के समान, RHEED का उपयोग PLD β-Ga2O3 जमाव प्रक्रिया के दौरान वास्तविक समय में सामग्री की सतह संरचना और आकारिकी की निगरानी के लिए किया जा सकता है, जिससे शोधकर्ताओं को विकास की सटीक जानकारी प्राप्त करने की अनुमति मिलती है। पीएलडी विधि से अत्यधिक प्रवाहकीय β-Ga2O3 फिल्मों के विकसित होने की उम्मीद है, जिससे यह Ga2O3 बिजली उपकरणों में एक अनुकूलित ओमिक संपर्क समाधान बन जाएगा।

चित्र 10 Si डोप्ड Ga2O3 की AFM छवि

3.5 मिस्ट-सीवीडी विधि
MIST-CVD एक अपेक्षाकृत सरल और लागत प्रभावी पतली फिल्म विकास तकनीक है। इस सीवीडी विधि में पतली फिल्म जमाव प्राप्त करने के लिए सब्सट्रेट पर एक परमाणु अग्रदूत को छिड़कने की प्रतिक्रिया शामिल होती है। हालाँकि, अब तक, धुंध सीवीडी का उपयोग करके उगाए गए Ga2O3 में अभी भी अच्छे विद्युत गुणों का अभाव है, जो भविष्य में सुधार और अनुकूलन के लिए बहुत जगह छोड़ता है।