ऑक्सिडाइज्ड स्टँडिंग ग्रेन आणि एपिटॅक्सियल ग्रोथ टेक्नॉलॉजी-Ⅱ

3. एपिटॅक्सियल पातळ फिल्म वाढ
सब्सट्रेट Ga2O3 पॉवर उपकरणांसाठी भौतिक आधार स्तर किंवा प्रवाहकीय स्तर प्रदान करते. पुढील महत्त्वाचा स्तर म्हणजे व्होल्टेज प्रतिरोध आणि वाहक वाहतुकीसाठी वापरला जाणारा चॅनेल स्तर किंवा एपिटॅक्सियल स्तर. ब्रेकडाउन व्होल्टेज वाढवण्यासाठी आणि वहन प्रतिरोध कमी करण्यासाठी, नियंत्रण करण्यायोग्य जाडी आणि डोपिंग एकाग्रता, तसेच इष्टतम सामग्री गुणवत्ता, काही पूर्व-आवश्यकता आहेत. उच्च दर्जाचे Ga2O3 एपिटॅक्सियल लेयर्स सामान्यत: आण्विक बीम एपिटॅक्सी (MBE), मेटल ऑर्गेनिक केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (MOCVD), हॅलाइड व्हेपर डिपॉझिशन (HVPE), स्पंदित लेसर डिपॉझिशन (PLD) आणि फॉग CVD आधारित डिपॉझिशन तंत्र वापरून जमा केले जातात.

तक्ता 2 काही प्रातिनिधिक एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञान

3.1 MBE पद्धत
MBE तंत्रज्ञान त्याच्या अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम वातावरणामुळे आणि उच्च सामग्रीच्या शुद्धतेमुळे नियंत्रण करण्यायोग्य n-प्रकार डोपिंगसह उच्च-गुणवत्तेचे, दोष-मुक्त β-Ga2O3 चित्रपट वाढवण्याच्या क्षमतेसाठी प्रसिद्ध आहे. परिणामी, हे सर्वात व्यापकपणे अभ्यासलेले आणि संभाव्य व्यावसायिक β-Ga2O3 पातळ फिल्म डिपॉझिशन तंत्रज्ञानांपैकी एक बनले आहे. याव्यतिरिक्त, MBE पद्धतीने उच्च-गुणवत्तेचे, कमी-डोप केलेले हेटरोस्ट्रक्चर β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 पातळ फिल्म लेयर देखील यशस्वीरित्या तयार केले. MBE रिफ्लेक्शन हाय एनर्जी इलेक्ट्रॉन डिफ्रॅक्शन (RHEED) चा वापर करून अणु स्तराच्या अचूकतेसह पृष्ठभागाची रचना आणि आकारविज्ञानाचे वास्तविक वेळेत निरीक्षण करू शकते. तथापि, MBE तंत्रज्ञान वापरून उगवलेल्या β-Ga2O3 चित्रपटांना अजूनही अनेक आव्हानांचा सामना करावा लागतो, जसे की कमी वाढीचा दर आणि लहान चित्रपटाचा आकार. अभ्यासात असे आढळून आले की वाढीचा दर (010)>(001)>(−201)>(100) या क्रमाने होता. 650 ते 750°C च्या किंचित Ga-समृद्ध परिस्थितीत, β-Ga2O3 (010) गुळगुळीत पृष्ठभाग आणि उच्च वाढ दरासह इष्टतम वाढ प्रदर्शित करते. या पद्धतीचा वापर करून, β-Ga2O3 epitaxy 0.1 nm च्या RMS उग्रपणासह यशस्वीरित्या प्राप्त झाले. β-Ga2O3 Ga-समृद्ध वातावरणात, वेगवेगळ्या तापमानात वाढलेल्या MBE फिल्म्स आकृतीमध्ये दाखवल्या आहेत. नोव्हेल क्रिस्टल टेक्नॉलॉजी इंक. ने 10 × 15 मिमी 2 β-Ga2O3MBE वेफर्सचे यशस्वीरित्या epitaxially उत्पादन केले आहे. ते उच्च दर्जाचे (010) ओरिएंटेड β-Ga2O3 सिंगल क्रिस्टल सबस्ट्रेट्स प्रदान करतात ज्याची जाडी 500 μm आणि XRD FWHM 150 आर्क सेकंदांपेक्षा कमी आहे. सब्सट्रेट Sn doped किंवा Fe doped आहे. Sn-doped प्रवाहकीय सब्सट्रेटमध्ये 1E18 ते 9E18cm−3 ची डोपिंग एकाग्रता असते, तर लोह-डोप केलेल्या अर्ध-इन्सुलेटिंग सब्सट्रेटची प्रतिरोधकता 10E10 Ω सेमी पेक्षा जास्त असते.

3.2 MOCVD पद्धत
MOCVD पातळ फिल्म्स वाढवण्यासाठी मेटल ऑरगॅनिक कंपाऊंड्सचा पूर्ववर्ती साहित्य म्हणून वापर करते, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात व्यावसायिक उत्पादन साध्य होते. MOCVD पद्धतीचा वापर करून Ga2O3 वाढवताना, ट्रायमिथाइलगॅलियम (TMGa), ट्रायथिलगॅलियम (TEGa) आणि Ga (डिपेंटाइल ग्लायकोल फॉर्मेट) सहसा Ga स्त्रोत म्हणून वापरले जातात, तर H2O, O2 किंवा N2O ऑक्सिजन स्रोत म्हणून वापरले जातात. या पद्धतीचा वापर करून वाढीसाठी सामान्यतः उच्च तापमान (>800°C) आवश्यक असते. या तंत्रज्ञानामध्ये कमी वाहक एकाग्रता आणि उच्च आणि निम्न तापमान इलेक्ट्रॉन गतिशीलता प्राप्त करण्याची क्षमता आहे, म्हणून उच्च-कार्यक्षमता β-Ga2O3 उर्जा उपकरणांच्या प्राप्तीसाठी हे खूप महत्वाचे आहे. MBE वाढीच्या पद्धतीच्या तुलनेत, MOCVD ला उच्च-तापमान वाढ आणि रासायनिक अभिक्रियांच्या वैशिष्ट्यांमुळे β-Ga2O3 फिल्म्सचा उच्च वाढ दर साध्य करण्याचा फायदा आहे.

आकृती 7 β-Ga2O3 (010) AFM प्रतिमा

आकृती 8 β-Ga2O3 हॉल आणि तापमानाद्वारे मोजले जाणारे μ आणि शीट प्रतिरोध यांच्यातील संबंध

3.3 HVPE पद्धत
HVPE हे एक परिपक्व एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञान आहे आणि III-V कंपाऊंड सेमीकंडक्टरच्या एपिटॅक्सियल वाढीसाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहे. HVPE कमी उत्पादन खर्च, जलद वाढीचा दर आणि उच्च फिल्म जाडी यासाठी ओळखले जाते. हे लक्षात घेतले पाहिजे की HVPEβ-Ga2O3 सहसा खडबडीत पृष्ठभाग आकारविज्ञान आणि पृष्ठभागावरील दोष आणि खड्ड्यांची उच्च घनता दर्शवते. म्हणून, डिव्हाइस तयार करण्यापूर्वी रासायनिक आणि यांत्रिक पॉलिशिंग प्रक्रिया आवश्यक आहेत. β-Ga2O3 epitaxy साठी HVPE तंत्रज्ञान (001) β-Ga2O3 मॅट्रिक्सच्या उच्च-तापमान प्रतिक्रियेला प्रोत्साहन देण्यासाठी सामान्यत: वायूयुक्त GaCl आणि O2 वापरते. आकृती 9 तापमानाचे कार्य म्हणून एपिटॅक्सियल फिल्मची पृष्ठभागाची स्थिती आणि वाढीचा दर दर्शविते. अलिकडच्या वर्षांत, जपानच्या नॉव्हेल क्रिस्टल टेक्नॉलॉजी इंक. ने HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 मध्ये 5 ते 10 μm च्या एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी आणि 2 आणि 4 इंच वेफर आकारासह लक्षणीय व्यावसायिक यश मिळवले आहे. याशिवाय, चायना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नॉलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशनद्वारे उत्पादित 20 μm जाडीचे HVPE β-Ga2O3 होमोएपिटॅक्सियल वेफर्स देखील व्यावसायिकीकरणाच्या टप्प्यात दाखल झाले आहेत.

आकृती 9 HVPE पद्धत β-Ga2O3

3.4 PLD पद्धत
पीएलडी तंत्रज्ञानाचा वापर प्रामुख्याने जटिल ऑक्साईड फिल्म्स आणि हेटरोस्ट्रक्चर्स जमा करण्यासाठी केला जातो. पीएलडी वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान, इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन प्रक्रियेद्वारे फोटॉन ऊर्जा लक्ष्य सामग्रीशी जोडली जाते. MBE च्या विरूद्ध, PLD स्त्रोत कण अत्यंत उच्च उर्जा (>100 eV) असलेल्या लेसर रेडिएशनद्वारे तयार होतात आणि नंतर गरम झालेल्या सब्सट्रेटवर जमा होतात. तथापि, पृथक्करण प्रक्रियेदरम्यान, काही उच्च-ऊर्जेचे कण थेट सामग्रीच्या पृष्ठभागावर परिणाम करतात, बिंदू दोष निर्माण करतात आणि त्यामुळे चित्रपटाची गुणवत्ता कमी करतात. MBE पद्धतीप्रमाणेच, RHEED चा वापर पीएलडी β-Ga2O3 डिपॉझिशन प्रक्रियेदरम्यान वास्तविक वेळेत सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या संरचनेचे आणि आकारविज्ञानावर लक्ष ठेवण्यासाठी केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे संशोधकांना वाढीची अचूक माहिती मिळू शकते. PLD पद्धतीमुळे उच्च प्रवाहकीय β-Ga2O3 चित्रपट वाढणे अपेक्षित आहे, ज्यामुळे ते Ga2O3 पॉवर उपकरणांमध्ये एक ऑप्टिमाइझ केलेले ओमिक संपर्क समाधान बनते.

Si doped Ga2O3 ची आकृती 10 AFM प्रतिमा

3.5 MIST-CVD पद्धत
MIST-CVD हे तुलनेने सोपे आणि किफायतशीर पातळ फिल्म ग्रोथ तंत्रज्ञान आहे. या CVD पद्धतीमध्ये पातळ फिल्म डिपॉझिशन प्राप्त करण्यासाठी सब्सट्रेटवर अणुयुक्त पूर्ववर्ती फवारणी करण्याची प्रतिक्रिया समाविष्ट असते. तथापि, आतापर्यंत, मिस्ट CVD वापरून उगवलेल्या Ga2O3 मध्ये अजूनही चांगल्या विद्युत गुणधर्मांचा अभाव आहे, ज्यामुळे भविष्यात सुधारणा आणि ऑप्टिमायझेशनसाठी भरपूर वाव आहे.