ഓക്സിഡൈസ്ഡ് സ്റ്റാൻഡിംഗ് ഗ്രെയിൻ ആൻഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഗ്രോത്ത് ടെക്നോളജി-Ⅱ

2. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ നേർത്ത ഫിലിം വളർച്ച

Ga2O3 പവർ ഉപകരണങ്ങൾക്കായി സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഒരു ഫിസിക്കൽ സപ്പോർട്ട് ലെയർ അല്ലെങ്കിൽ ചാലക പാളി നൽകുന്നു. വോൾട്ടേജ് പ്രതിരോധത്തിനും കാരിയർ ഗതാഗതത്തിനും ഉപയോഗിക്കുന്ന ചാനൽ പാളി അല്ലെങ്കിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയാണ് അടുത്ത പ്രധാന പാളി. ബ്രേക്ക്‌ഡൗൺ വോൾട്ടേജ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും ചാലക പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുന്നതിനും, നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന കനം, ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷൻ, ഒപ്റ്റിമൽ മെറ്റീരിയൽ ഗുണനിലവാരം എന്നിവ ചില മുൻവ്യവസ്ഥകളാണ്. ഉയർന്ന ഗുണമേന്മയുള്ള Ga2O3 എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ സാധാരണയായി മോളിക്യുലാർ ബീം എപ്പിറ്റാക്സി (MBE), മെറ്റൽ ഓർഗാനിക് കെമിക്കൽ നീരാവി നിക്ഷേപം (MOCVD), ഹാലൈഡ് നീരാവി നിക്ഷേപം (HVPE), പൾസ്ഡ് ലേസർ ഡിപ്പോസിഷൻ (PLD), ഫോഗ് CVD അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഡിപ്പോസിഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചാണ് നിക്ഷേപിക്കുന്നത്.

പട്ടിക 2 ചില പ്രതിനിധി എപ്പിറ്റാക്സിയൽ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ

2.1 MBE രീതി

ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ളതും വൈകല്യങ്ങളില്ലാത്തതുമായ β-Ga2O3 ഫിലിമുകൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള കഴിവിന് MBE സാങ്കേതികവിദ്യ പ്രശസ്തമാണ്. തൽഫലമായി, β-Ga2O3 തിൻ ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ഏറ്റവും വ്യാപകമായി പഠിക്കപ്പെട്ടതും വാണിജ്യവൽക്കരിക്കപ്പെടാൻ സാധ്യതയുള്ളതുമായ ഒന്നായി ഇത് മാറിയിരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, MBE രീതി ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള, കുറഞ്ഞ ഡോപ്ഡ് ഹെറ്ററോസ്ട്രക്ചർ β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 നേർത്ത ഫിലിം പാളിയും വിജയകരമായി തയ്യാറാക്കി. റിഫ്ലക്ഷൻ ഹൈ എനർജി ഇലക്‌ട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ (RHEED) ഉപയോഗിച്ച് MBE-ന് ഉപരിതല ഘടനയും രൂപഘടനയും തത്സമയം ആറ്റോമിക് പാളി കൃത്യതയോടെ നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, MBE സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് വളർത്തിയ β-Ga2O3 ഫിലിമുകൾ ഇപ്പോഴും കുറഞ്ഞ വളർച്ചാ നിരക്ക്, ചെറിയ ഫിലിം വലുപ്പം എന്നിങ്ങനെ നിരവധി വെല്ലുവിളികൾ നേരിടുന്നു. വളർച്ചാ നിരക്ക് (010)>(001)>(−201)>(100) എന്ന ക്രമത്തിലാണെന്ന് പഠനം കണ്ടെത്തി. 650 മുതൽ 750 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെയുള്ള അൽപം Ga-സമ്പന്നമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, β-Ga2O3 (010) മിനുസമാർന്ന പ്രതലവും ഉയർന്ന വളർച്ചാ നിരക്കും ഉള്ള ഒപ്റ്റിമൽ വളർച്ച പ്രകടമാക്കുന്നു. ഈ രീതി ഉപയോഗിച്ച്, 0.1 nm ൻ്റെ RMS റഫ്‌നെസ് ഉപയോഗിച്ച് β-Ga2O3 എപ്പിറ്റാക്സി വിജയകരമായി കൈവരിച്ചു. β-Ga2O3 ഗാ-റിച്ച് പരിതസ്ഥിതിയിൽ, വ്യത്യസ്ത താപനിലകളിൽ വളരുന്ന MBE ഫിലിമുകൾ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. Novel Crystal Technology Inc. 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE വേഫറുകൾ എപ്പിറ്റാക്സിയായി വിജയകരമായി നിർമ്മിച്ചു. അവ 500 μm കട്ടിയുള്ള ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള (010) β-Ga2O3 സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും 150 ആർക്ക് സെക്കൻഡിൽ താഴെയുള്ള XRD FWHM ഉം നൽകുന്നു. അടിവസ്ത്രം Sn ഡോപ്ഡ് അല്ലെങ്കിൽ Fe ഡോപ്പ് ചെയ്തതാണ്. Sn-ഡോപ്പ് ചെയ്ത ചാലക സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന് 1E18 മുതൽ 9E18cm−3 വരെ ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രതയുണ്ട്, അതേസമയം ഇരുമ്പ്-ഡോപ്പ് ചെയ്ത സെമി-ഇൻസുലേറ്റിംഗ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന് 10E10 Ω സെൻ്റിമീറ്ററിൽ കൂടുതൽ പ്രതിരോധശേഷി ഉണ്ട്.

2.2 MOCVD രീതി

MOCVD, നേർത്ത ഫിലിമുകൾ വളർത്തുന്നതിന് മുൻഗാമിയായി ലോഹ ഓർഗാനിക് സംയുക്തങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതുവഴി വലിയ തോതിലുള്ള വാണിജ്യ ഉൽപ്പാദനം കൈവരിക്കുന്നു. MOCVD രീതി ഉപയോഗിച്ച് Ga2O3 വളർത്തുമ്പോൾ, ട്രൈമെതൈൽഗാലിയം (TMGa), ട്രൈഥൈൽഗാലിയം (TEGa), Ga (ഡിപെൻ്റൈൽ ഗ്ലൈക്കോൾ ഫോർമാറ്റ്) എന്നിവ സാധാരണയായി Ga ഉറവിടമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതേസമയം H2O, O2 അല്ലെങ്കിൽ N2O ഓക്സിജൻ ഉറവിടമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ രീതി ഉപയോഗിച്ചുള്ള വളർച്ചയ്ക്ക് സാധാരണയായി ഉയർന്ന താപനില (>800°C) ആവശ്യമാണ്. ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ കാരിയർ കോൺസൺട്രേഷനും ഉയർന്നതും താഴ്ന്ന താപനിലയിലുള്ളതുമായ ഇലക്ട്രോൺ മൊബിലിറ്റി കൈവരിക്കാനുള്ള കഴിവുണ്ട്, അതിനാൽ ഉയർന്ന പ്രവർത്തനക്ഷമതയുള്ള β-Ga2O3 പവർ ഉപകരണങ്ങളുടെ സാക്ഷാത്കാരത്തിന് ഇത് വളരെ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നു. MBE വളർച്ചാ രീതിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഉയർന്ന താപനില വളർച്ചയുടെയും രാസപ്രവർത്തനങ്ങളുടെയും പ്രത്യേകതകൾ കാരണം β-Ga2O3 ഫിലിമുകളുടെ വളരെ ഉയർന്ന വളർച്ചാ നിരക്ക് കൈവരിക്കാൻ MOCVD ന് പ്രയോജനമുണ്ട്.

ചിത്രം 7 β-Ga2O3 (010) AFM ചിത്രം

ചിത്രം 8 β-Ga2O3 ഹാളും താപനിലയും അളക്കുന്ന μഉം ഷീറ്റ് പ്രതിരോധവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം

2.3 HVPE രീതി

എച്ച്വിപിഇ ഒരു മുതിർന്ന എപ്പിറ്റാക്സിയൽ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്, ഇത് III-V സംയുക്ത അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. കുറഞ്ഞ ഉൽപ്പാദനച്ചെലവ്, വേഗത്തിലുള്ള വളർച്ചാ നിരക്ക്, ഉയർന്ന ഫിലിം കനം എന്നിവയ്ക്ക് HVPE അറിയപ്പെടുന്നു. HVPEβ-Ga2O3 സാധാരണയായി പരുക്കൻ ഉപരിതല രൂപഘടനയും ഉപരിതല വൈകല്യങ്ങളുടെയും കുഴികളുടെയും ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയും പ്രകടിപ്പിക്കുന്നുവെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. അതിനാൽ, ഉപകരണം നിർമ്മിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് കെമിക്കൽ, മെക്കാനിക്കൽ പോളിഷിംഗ് പ്രക്രിയകൾ ആവശ്യമാണ്. (001) β-Ga2O3 മാട്രിക്‌സിൻ്റെ ഉയർന്ന താപനില പ്രതിപ്രവർത്തനം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിന് β-Ga2O3 എപ്പിറ്റാക്സിക്കുള്ള HVPE സാങ്കേതികവിദ്യ സാധാരണയായി വാതക GaCl, O2 എന്നിവ മുൻഗാമികളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. താപനിലയുടെ പ്രവർത്തനമായി എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഫിലിമിൻ്റെ ഉപരിതല അവസ്ഥയും വളർച്ചാ നിരക്കും ചിത്രം 9 കാണിക്കുന്നു. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ജപ്പാനിലെ നോവൽ ക്രിസ്റ്റൽ ടെക്നോളജി Inc. HVPE ഹോമോപിറ്റാക്സിയൽ β-Ga2O3-ൽ 5 മുതൽ 10 μm വരെ എപിറ്റാക്സിയൽ പാളി കനം, 2, 4 ഇഞ്ച് വലിപ്പമുള്ള വേഫർ എന്നിവയിൽ ഗണ്യമായ വാണിജ്യ വിജയം നേടിയിട്ടുണ്ട്. കൂടാതെ, ചൈന ഇലക്ട്രോണിക്സ് ടെക്നോളജി ഗ്രൂപ്പ് കോർപ്പറേഷൻ നിർമ്മിക്കുന്ന 20 μm കട്ടിയുള്ള HVPE β-Ga2O3 ഹോമോപിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളും വാണിജ്യവൽക്കരണ ഘട്ടത്തിലേക്ക് പ്രവേശിച്ചു.

ചിത്രം 9 HVPE രീതി β-Ga2O3

2.4 PLD രീതി

സങ്കീർണ്ണമായ ഓക്സൈഡ് ഫിലിമുകളും ഹെറ്ററോസ്ട്രക്ചറുകളും നിക്ഷേപിക്കാൻ PLD സാങ്കേതികവിദ്യ പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നു. PLD വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ, ഇലക്ട്രോൺ എമിഷൻ പ്രക്രിയയിലൂടെ ഫോട്ടോൺ ഊർജ്ജം ടാർഗെറ്റ് മെറ്റീരിയലുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു. MBE യിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, PLD ഉറവിട കണങ്ങൾ വളരെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജം (>100 eV) ഉള്ള ലേസർ വികിരണത്താൽ രൂപപ്പെടുകയും പിന്നീട് ചൂടായ അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, അബ്ലേഷൻ പ്രക്രിയയിൽ, ചില ഉയർന്ന ഊർജ്ജ കണികകൾ മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിൽ നേരിട്ട് സ്വാധീനം ചെലുത്തുകയും പോയിൻ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും അതുവഴി ഫിലിമിൻ്റെ ഗുണനിലവാരം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യും. MBE രീതിക്ക് സമാനമായി, PLD β-Ga2O3 നിക്ഷേപ പ്രക്രിയയിൽ തത്സമയം മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഉപരിതല ഘടനയും രൂപഘടനയും നിരീക്ഷിക്കാൻ RHEED ഉപയോഗിക്കാം, ഇത് വളർച്ചാ വിവരങ്ങൾ കൃത്യമായി നേടാൻ ഗവേഷകരെ അനുവദിക്കുന്നു. PLD രീതി ഉയർന്ന ചാലകതയുള്ള β-Ga2O3 ഫിലിമുകൾ വളർത്തുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു, ഇത് Ga2O3 പവർ ഉപകരണങ്ങളിൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ഓമിക് കോൺടാക്റ്റ് സൊല്യൂഷനാക്കി മാറ്റുന്നു.

ചിത്രം 10 Si യുടെ AFM ചിത്രം ഡോപ്പ് ചെയ്ത Ga2O3

2.5 MIST-CVD രീതി

MIST-CVD താരതമ്യേന ലളിതവും ചെലവ് കുറഞ്ഞതുമായ നേർത്ത ഫിലിം വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്. നേർത്ത ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻ നേടുന്നതിനായി ഒരു അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് ഒരു ആറ്റോമൈസ്ഡ് മുൻഗാമി സ്പ്രേ ചെയ്യുന്നതിൻ്റെ പ്രതികരണം ഈ സിവിഡി രീതിയിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇതുവരെ, മിസ്റ്റ് CVD ഉപയോഗിച്ച് വളർത്തിയ Ga2O3 ന് ഇപ്പോഴും നല്ല വൈദ്യുത ഗുണങ്ങൾ ഇല്ല, ഇത് ഭാവിയിൽ മെച്ചപ്പെടുത്തലിനും ഒപ്റ്റിമൈസേഷനും ധാരാളം ഇടം നൽകുന്നു.