3. ការលូតលាស់ខ្សែភាពយន្តស្តើង Epitaxial
ស្រទាប់ខាងក្រោមផ្តល់នូវស្រទាប់ទ្រទ្រង់រាងកាយ ឬស្រទាប់ conductive សម្រាប់ឧបករណ៍ថាមពល Ga2O3 ។ ស្រទាប់សំខាន់បន្ទាប់គឺស្រទាប់ឆានែលឬស្រទាប់ epitaxial ដែលប្រើសម្រាប់ធន់ទ្រាំនឹងវ៉ុលនិងការដឹកជញ្ជូនតាមក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន។ ដើម្បីបង្កើនវ៉ុលបំបែក និងកាត់បន្ថយភាពធន់នឹងចរន្ត កម្រាស់ដែលអាចគ្រប់គ្រងបាន និងកំហាប់សារធាតុ doping ក៏ដូចជាគុណភាពសម្ភារៈល្អបំផុត គឺជាតម្រូវការជាមុនមួយចំនួន។ ស្រទាប់ epitaxial Ga2O3 ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ជាធម្មតាត្រូវបានតំកល់ដោយប្រើធ្នឹមម៉ូលេគុល epitaxy (MBE) ការទម្លាក់ចំហាយគីមីសរីរាង្គលោហធាតុ (MOCVD) ការបំភាយចំហាយ halide (HVPE) ការទម្លាក់ឡាស៊ែរជីពចរ (PLD) និងបច្ចេកទេសនៃការទម្លាក់ដោយអ័ព្ទ CVD ។
តារាងទី 2 បច្ចេកវិទ្យា epitaxial តំណាងមួយចំនួន
វិធីសាស្រ្ត 3.1 MBE
បច្ចេកវិទ្យា MBE មានភាពល្បីល្បាញដោយសារសមត្ថភាពបង្កើតខ្សែភាពយន្ត β-Ga2O3 ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ គ្មានពិការភាព ជាមួយនឹងសារធាតុ doping ប្រភេទ n ដែលអាចគ្រប់គ្រងបាន ដោយសារបរិយាកាសខ្វះចន្លោះខ្ពស់ និងភាពបរិសុទ្ធនៃសម្ភារៈខ្ពស់។ ជាលទ្ធផល វាបានក្លាយជាបច្ចេកវិទ្យានៃការដាក់ស្រទាប់ខ្សែភាពយន្តស្តើង β-Ga2O3 ដែលត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងទូលំទូលាយបំផុត និងមានសក្តានុពល។ លើសពីនេះ វិធីសាស្ត្រ MBE ក៏បានរៀបចំដោយជោគជ័យនូវស្រទាប់ហ្វីលស្តើង ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ សារធាតុ doped β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 ។ MBE អាចត្រួតពិនិត្យរចនាសម្ព័នផ្ទៃ និងរូបសណ្ឋានក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែងជាមួយនឹងភាពជាក់លាក់នៃស្រទាប់អាតូមិច ដោយប្រើការឆ្លុះបញ្ចាំងពីថាមពលខ្ពស់នៃអេឡិចត្រុង diffraction (RHEED) ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ខ្សែភាពយន្ត β-Ga2O3 ដែលត្រូវបានដាំដុះដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យា MBE នៅតែប្រឈមមុខនឹងបញ្ហាជាច្រើន ដូចជាអត្រាកំណើនទាប និងទំហំខ្សែភាពយន្តតូច។ ការសិក្សាបានរកឃើញថាអត្រាកំណើនគឺស្ថិតនៅក្នុងលំដាប់ (010)>(001)>(−201)>(100)។ នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌសម្បូរ Ga បន្តិចពី 650 ទៅ 750 អង្សាសេ β-Ga2O3 (010) បង្ហាញពីការលូតលាស់ដ៏ល្អប្រសើរជាមួយនឹងផ្ទៃរលោង និងអត្រាកំណើនខ្ពស់។ ដោយប្រើវិធីសាស្រ្តនេះ β-Ga2O3 epitaxy ត្រូវបានសម្រេចដោយជោគជ័យជាមួយនឹង RMS roughness 0.1 nm ។ β-Ga2O3 នៅក្នុងបរិយាកាសសំបូរបែប ខ្សែភាពយន្ត MBE ដែលលូតលាស់នៅសីតុណ្ហភាពខុសៗគ្នាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូប។ Novel Crystal Technology Inc. បានទទួលជោគជ័យក្នុងការផលិត wafers 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE ដោយជោគជ័យ។ ពួកវាផ្តល់នូវស្រទាប់ខាងក្រោមគ្រីស្តាល់តែមួយដែលតម្រង់ទិស β-Ga2O3 ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ (010) ដែលមានកម្រាស់ 500 μm និង XRD FWHM ក្រោម 150 ធ្នូ។ ស្រទាប់ខាងក្រោមគឺ Sn doped ឬ Fe doped ។ ស្រទាប់ខាងក្រោម Sn-doped conductive មានកំហាប់សារធាតុ doping ពី 1E18 ដល់ 9E18cm−3 ខណៈពេលដែលស្រទាប់ខាងក្រោមពាក់កណ្តាលអ៊ីសូឡង់ដែលមានជាតិដែកមានភាពធន់ទ្រាំខ្ពស់ជាង 10E10 Ω សង់ទីម៉ែត្រ។
3.2 វិធីសាស្រ្ត MOCVD
MOCVD ប្រើប្រាស់សារធាតុសរីរាង្គលោហៈជាវត្ថុធាតុដើមសម្រាប់បង្កើតខ្សែភាពយន្តស្តើង ដោយហេតុនេះសម្រេចបាននូវផលិតកម្មពាណិជ្ជកម្មទ្រង់ទ្រាយធំ។ នៅពេលរីកលូតលាស់ Ga2O3 ដោយប្រើវិធីសាស្ត្រ MOCVD trimethylgallium (TMGa) triethylgallium (TEGa) និង Ga (dipentyl glycol formate) ជាធម្មតាត្រូវបានគេប្រើជាប្រភព Ga ខណៈពេលដែល H2O, O2 ឬ N2O ត្រូវបានប្រើជាប្រភពអុកស៊ីសែន។ ការលូតលាស់ដោយប្រើវិធីនេះជាទូទៅទាមទារសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (> ៨០០ អង្សាសេ)។ បច្ចេកវិទ្យានេះមានសក្តានុពលក្នុងការសម្រេចបាននូវកំហាប់នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនទាប និងការចល័តអេឡិចត្រុងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងទាប ដូច្នេះវាមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ចំពោះការសម្រេចបាននូវឧបករណ៍ថាមពល β-Ga2O3 ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ បើប្រៀបធៀបជាមួយវិធីសាស្ត្រលូតលាស់ MBE MOCVD មានអត្ថប្រយោជន៍ក្នុងការសម្រេចបាននូវអត្រាកំណើនខ្ពស់នៃខ្សែភាពយន្ត β-Ga2O3 ដោយសារតែលក្ខណៈនៃការលូតលាស់សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងប្រតិកម្មគីមី។
រូបភាពទី 7 β-Ga2O3 (010) រូបភាព AFM
រូបភាពទី 8 β-Ga2O3 ទំនាក់ទំនងរវាងμនិងភាពធន់ទ្រាំសន្លឹកដែលវាស់ដោយ Hall និងសីតុណ្ហភាព
3.3 វិធីសាស្រ្ត HVPE
HVPE គឺជាបច្ចេកវិទ្យា epitaxial ចាស់ទុំ ហើយត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងការលូតលាស់នៃ epitaxial នៃ semiconductors សមាសធាតុ III-V ។ HVPE ត្រូវបានគេស្គាល់ដោយសារតម្លៃផលិតកម្មទាប អត្រាកំណើនលឿន និងកម្រាស់ខ្សែភាពយន្តខ្ពស់។ គួរកត់សំគាល់ថា ជាធម្មតា HVPEβ-Ga2O3 បង្ហាញរូបសណ្ឋានផ្ទៃរដុប និងដង់ស៊ីតេខ្ពស់នៃពិការភាពលើផ្ទៃ និងរណ្តៅ។ ដូច្នេះ ដំណើរការប៉ូលាគីមី និងមេកានិចត្រូវបានទាមទារ មុនពេលផលិតឧបករណ៍។ បច្ចេកវិទ្យា HVPE សម្រាប់ β-Ga2O3 epitaxy ជាធម្មតាប្រើឧស្ម័ន GaCl និង O2 ជាភ្នាក់ងារមុនដើម្បីលើកកម្ពស់ប្រតិកម្មសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៃម៉ាទ្រីស (001) β-Ga2O3 ។ រូបភាពទី 9 បង្ហាញពីស្ថានភាពផ្ទៃ និងអត្រាកំណើននៃខ្សែភាពយន្ត epitaxial ជាមុខងារនៃសីតុណ្ហភាព។ ក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះ ក្រុមហ៊ុន Novel Crystal Technology Inc របស់ប្រទេសជប៉ុនបានទទួលជោគជ័យផ្នែកពាណិជ្ជកម្មដ៏សំខាន់នៅក្នុង HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 ជាមួយនឹងកម្រាស់ស្រទាប់ epitaxial ពី 5 ទៅ 10 μm និងទំហំ wafer ពី 2 និង 4 អ៊ីង។ លើសពីនេះទៀត 20 μmក្រាស់ HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial wafers ផលិតដោយ China Electronics Technology Group Corporation ក៏បានចូលដល់ដំណាក់កាលធ្វើពាណិជ្ជកម្មផងដែរ។
រូបភាពទី 9 វិធីសាស្ត្រ HVPE β-Ga2O3
3.4 វិធីសាស្រ្ត PLD
បច្ចេកវិទ្យា PLD ត្រូវបានប្រើជាចម្បងដើម្បីដាក់ខ្សែភាពយន្តអុកស៊ីដស្មុគស្មាញ និងរចនាសម្ព័ន្ធ heterostructures ។ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការលូតលាស់ PLD ថាមពល photon ត្រូវបានភ្ជាប់ជាមួយសម្ភារៈគោលដៅតាមរយៈដំណើរការបំភាយអេឡិចត្រុង។ ផ្ទុយទៅនឹង MBE ភាគល្អិតប្រភព PLD ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយកាំរស្មីឡាស៊ែរដែលមានថាមពលខ្ពស់ខ្លាំង (> 100 eV) ហើយត្រូវបានដាក់ជាបន្តបន្ទាប់នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលគេឱ្យឈ្មោះថា។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការរំលាយ ភាគល្អិតថាមពលខ្ពស់មួយចំនួននឹងប៉ះពាល់ផ្ទាល់លើផ្ទៃសម្ភារៈ បង្កើតចំណុចខ្វះខាត ហើយកាត់បន្ថយគុណភាពនៃខ្សែភាពយន្ត។ ស្រដៀងគ្នាទៅនឹងវិធីសាស្ត្រ MBE ដែរ RHEED អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីត្រួតពិនិត្យរចនាសម្ព័ន្ធផ្ទៃ និងរូបសណ្ឋាននៃសម្ភារៈក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែងកំឡុងពេលដំណើរការបន្សល់ទុក PLD β-Ga2O3 ដែលអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកស្រាវជ្រាវទទួលបានព័ត៌មានកំណើនយ៉ាងត្រឹមត្រូវ។ វិធីសាស្ត្រ PLD ត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងពង្រីកខ្សែភាពយន្ត β-Ga2O3 ដែលមានចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់ ដែលធ្វើឱ្យវាក្លាយជាដំណោះស្រាយទំនាក់ទំនង ohmic ដែលប្រសើរឡើងនៅក្នុងឧបករណ៍ថាមពល Ga2O3 ។
រូបភាពទី 10 រូបភាព AFM របស់ Si doped Ga2O3
3.5 វិធីសាស្រ្ត MIST-CVD
MIST-CVD គឺជាបច្ចេកវិទ្យាបង្កើតខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានភាពសាមញ្ញ និងមានប្រសិទ្ធភាព។ វិធីសាស្រ្ត CVD នេះពាក់ព័ន្ធនឹងប្រតិកម្មនៃការបាញ់ថ្នាំអាតូមិកមុនគេលើស្រទាប់ខាងក្រោម ដើម្បីសម្រេចបាននូវស្រទាប់ស្តើង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយរហូតមកដល់ពេលនេះ Ga2O3 ដែលដាំដុះដោយប្រើអ័ព្ទ CVD នៅតែខ្វះលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីល្អ ដែលទុកកន្លែងទំនេរច្រើនសម្រាប់ការកែលម្អ និងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនាពេលអនាគត។
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ឧសភា-៣០-២០២៤