3. Epitaxial ပါးလွှာသောရုပ်ရှင်ကြီးထွားမှု
အလွှာသည် Ga2O3 ပါဝါစက်ပစ္စည်းများအတွက် ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာပံ့ပိုးမှုအလွှာ သို့မဟုတ် လျှပ်ကူးပစ္စည်းအလွှာကို ထောက်ပံ့ပေးသည်။ နောက်အရေးကြီးသောအလွှာမှာ ဗို့အားခံနိုင်ရည်နှင့် သယ်ဆောင်ပို့ဆောင်မှုအတွက် အသုံးပြုသည့် ချန်နယ်အလွှာ သို့မဟုတ် epitaxial အလွှာဖြစ်သည်။ ပြိုကွဲဗို့အားကို တိုးမြင့်လာစေရန်နှင့် conduction resistance ကို လျှော့ချရန်အတွက်၊ ထိန်းချုပ်နိုင်သော အထူနှင့် ဓာတုဗေဒ အာရုံစူးစိုက်မှုအပြင် အကောင်းဆုံးသော ပစ္စည်းအရည်အသွေးတို့သည်လည်း အချို့သော ကြိုတင်လိုအပ်ချက်များဖြစ်သည်။ အရည်အသွေးမြင့် Ga2O3 epitaxial အလွှာများကို အများအားဖြင့် မော်လီကျူလာအလင်းတန်း epitaxy (MBE)၊ သတ္တုအော်ဂဲနစ်ဓာတုအငွေ့ထုတ်ခြင်း (MOCVD)၊ halide vapor deposition (HVPE)၊ pulsed laser deposition (PLD) နှင့် fog CVD အခြေပြု အစစ်ခံနည်းပညာများကို အသုံးပြု၍ စုဆောင်းပါသည်။
ဇယား 2 အချို့သော ကိုယ်စားလှယ် epitaxial နည်းပညာများ
3.1 MBE နည်းလမ်း
MBE နည်းပညာသည် ၎င်း၏ အလွန်မြင့်မားသော လေဟာနယ် ပတ်ဝန်းကျင်နှင့် မြင့်မားသော ပစ္စည်း သန့်စင်မှုကြောင့် ထိန်းချုပ်နိုင်သော N-type doping ဖြင့် အရည်အသွေးမြင့်၊ အပြစ်အနာအဆာကင်းသော β-Ga2O3 ရုပ်ရှင်များကို ကြီးထွားစေနိုင်စွမ်းအတွက် ကျော်ကြားသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့်၊ ၎င်းသည် အကျယ်ပြန့်ဆုံး လေ့လာပြီး စီးပွားဖြစ်နိုင်ချေရှိသော β-Ga2O3 ပါးလွှာသော ဖလင် အစစ်ခံနည်းပညာများထဲမှ တစ်ခုဖြစ်လာပါသည်။ ထို့အပြင်၊ MBE နည်းလမ်းသည် အရည်အသွေးမြင့်၊ စွန်းထင်းသော အနိမ့်ပိုင်း heterostructure β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 ပါးလွှာသော ဖလင်အလွှာကို အောင်မြင်စွာ ပြင်ဆင်နိုင်ခဲ့သည်။ MBE သည် အလင်းပြန်မှု မြင့်မားသော စွမ်းအင် အီလက်ထရွန် ကွဲပြားမှု (RHEED) ကို အသုံးပြု၍ အက်တမ်အလွှာ တိကျမှုဖြင့် အချိန်နှင့်တပြေးညီ စောင့်ကြည့်နိုင်သည် ။ သို့သော်လည်း MBE နည်းပညာကို အသုံးပြု၍ စိုက်ပျိုးထားသည့် β-Ga2O3 ရုပ်ရှင်များသည် ကြီးထွားမှုနှုန်းနည်းခြင်းနှင့် ဖလင်အရွယ်အစား သေးငယ်ခြင်းကဲ့သို့သော စိန်ခေါ်မှုများစွာကို ရင်ဆိုင်နေကြရဆဲဖြစ်သည်။ တိုးတက်မှုနှုန်းသည် (010)>(001)>(−201)>(100) ၏ အစဉ်လိုက်ဖြစ်ကြောင်း တွေ့ရှိခဲ့သည်။ 650 မှ 750°C အနည်းငယ်ရှိသော Gaကြွယ်ဝသောအခြေအနေအောက်တွင် β-Ga2O3 (010) သည် ချောမွေ့သောမျက်နှာပြင်နှင့် မြင့်မားသောကြီးထွားနှုန်းဖြင့် အကောင်းဆုံးကြီးထွားမှုကိုပြသသည်။ ဤနည်းလမ်းကို အသုံးပြု၍ β-Ga2O3 epitaxy ကို RMS ကြမ်းတမ်းမှု 0.1 nm ဖြင့် အောင်မြင်စွာ ရရှိခဲ့သည်။ β-Ga2O3 Ga ကြွယ်ဝသောပတ်ဝန်းကျင်တွင် မတူညီသောအပူချိန်တွင် စိုက်ပျိုးထားသည့် MBE ရုပ်ရှင်များကို ပုံတွင်ပြသထားသည်။ Novel Crystal Technology Inc. သည် 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE wafer များကို အောင်မြင်စွာ ထုတ်လုပ်ခဲ့သည်။ ၎င်းတို့သည် အထူ 500 μm နှင့် 150 arc စက္ကန့်အောက် 150 arc အောက်တွင် အရည်အသွေးမြင့် β-Ga2O3 တစ်ခုတည်းသော crystal substrate များကို အရည်အသွေးမြင့် (010) ပေးပါသည်။ အလွှာသည် Sn doped သို့မဟုတ် Fe doped ဖြစ်သည်။ Sn-doped လျှပ်ကူးပစ္စည်းအလွှာသည် 1E18 မှ 9E18cm−3 တွင် doping concentration ရှိပြီး သံမှိတ်တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးအလွှာသည် ခုခံနိုင်စွမ်း 10E10 Ω စင်တီမီတာထက် မြင့်မားသည်။
3.2 MOCVD နည်းလမ်း
MOCVD သည် သတ္တုအော်ဂဲနစ်ဒြပ်ပေါင်းများကို ပါးလွှာသောရုပ်ရှင်များကြီးထွားစေရန် ရှေ့ပြေးပစ္စည်းများအဖြစ်အသုံးပြုကာ အကြီးစားစီးပွားဖြစ်ထုတ်လုပ်မှုကိုရရှိစေပါသည်။ MOCVD နည်းလမ်းကို အသုံးပြု၍ Ga2O3 ကြီးထွားလာသောအခါ၊ trimethylgallium (TMGa)၊ triethylgallium (TEGa) နှင့် Ga (dipentyl glycol formate) ကို Ga အရင်းအမြစ်အဖြစ် အများအားဖြင့် အသုံးပြုကြပြီး H2O၊ O2 သို့မဟုတ် N2O ကို အောက်ဆီဂျင်အရင်းအမြစ်အဖြစ် အသုံးပြုကြသည်။ ဤနည်းလမ်းကို အသုံးပြု၍ ကြီးထွားမှုသည် ယေဘုယျအားဖြင့် မြင့်မားသောအပူချိန် (> 800°C) လိုအပ်သည်။ ဤနည်းပညာသည် low carrier concentration နှင့် high and low temperature အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှုကို ရရှိရန် အလားအလာရှိသောကြောင့် ၎င်းသည် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် β-Ga2O3 ပါဝါစက်ပစ္စည်းများကို အကောင်အထည်ဖော်ရန်အတွက် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။ MBE ကြီးထွားမှုနည်းလမ်းနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက MOCVD သည် အပူချိန်မြင့်မားခြင်းနှင့် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများ၏ ဝိသေသလက္ခဏာများကြောင့် β-Ga2O3 ရုပ်ရှင်များ၏ မြင့်မားသောတိုးတက်မှုနှုန်းကို ရရှိခြင်း၏ အားသာချက်ဖြစ်သည်။
ပုံ 7 β-Ga2O3 (010) AFM ပုံ
ပုံ 8 β-Ga2O3 Hall နှင့် အပူချိန်ဖြင့်တိုင်းတာသောμနှင့်စာရွက်ခံနိုင်ရည်ကြားဆက်ဆံရေး
3.3 HVPE နည်းလမ်း
HVPE သည် ရင့်ကျက်သော epitaxial နည်းပညာဖြစ်ပြီး III-V ဒြပ်ပေါင်း semiconductors များ၏ epitaxial ကြီးထွားမှုတွင် တွင်ကျယ်စွာ အသုံးပြုထားသည်။ HVPE သည် ၎င်း၏ထုတ်လုပ်မှုကုန်ကျစရိတ်နည်းပါးခြင်း၊ တိုးတက်မှုနှုန်းမြန်ဆန်ခြင်းနှင့် ဖလင်အထူမြင့်မားခြင်းတို့ကြောင့် လူသိများသည်။ HVPEβ-Ga2O3 သည် ပုံမှန်အားဖြင့် ကြမ်းတမ်းသော မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဍာန်နှင့် မျက်နှာပြင်ချို့ယွင်းချက်များနှင့် တွင်းများ ၏ သိပ်သည်းဆမြင့်မားမှုတို့ကို ပြသသည်ကို သတိပြုသင့်သည်။ ထို့ကြောင့် စက်ပစ္စည်းကို မထုတ်လုပ်မီ ဓာတုနှင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ပွတ်တိုက်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်များ လိုအပ်ပါသည်။ β-Ga2O3 epitaxy အတွက် HVPE နည်းပညာသည် အများအားဖြင့် (001) β-Ga2O3 matrix ၏ အပူချိန်မြင့်တုံ့ပြန်မှုကို မြှင့်တင်ရန် ဓာတ်ငွေ့ GaCl နှင့် O2 ကို ရှေ့ပြေးနမိတ်အဖြစ် အသုံးပြုသည်။ ပုံ 9 သည် အပူချိန်၏လုပ်ဆောင်ချက်အဖြစ် epitaxial ဖလင်၏ မျက်နှာပြင်အခြေအနေနှင့် ကြီးထွားနှုန်းကိုပြသသည်။ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း၊ Japan's Novel Crystal Technology Inc. သည် epitaxial အလွှာအထူ 5 မှ 10 μm နှင့် wafer အရွယ်အစား 2 နှင့် 4 လက်မရှိသော HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 တွင် သိသာထင်ရှားသော စီးပွားဖြစ်အောင်မြင်မှုရရှိခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ China Electronics Technology Group Corporation မှထုတ်လုပ်သော 20 μm အထူ HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial wafers များသည်လည်း စီးပွားဖြစ်အဆင့်သို့ ရောက်ရှိလာပါသည်။
ပုံ 9 HVPE နည်းလမ်း β-Ga2O3
3.4 PLD နည်းလမ်း
PLD နည်းပညာကို အဓိကအားဖြင့် ရှုပ်ထွေးသော အောက်ဆိုဒ်ရုပ်ရှင်များနှင့် heterostructures များကို အပ်နှံရန် အသုံးပြုပါသည်။ PLD ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း၊ ဖိုတွန်စွမ်းအင်သည် အီလက်ထရွန်ထုတ်လွှတ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်မှတစ်ဆင့် ပစ်မှတ်ပစ္စည်းနှင့် ပေါင်းစပ်ထားသည်။ MBE နှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့် PLD အရင်းအမြစ်အမှုန်များကို အလွန်မြင့်မားသောစွမ်းအင် (>100 eV) ဖြင့် လေဆာရောင်ခြည်ဖြင့် ဖွဲ့စည်းကာ အပူပေးထားသော အလွှာတစ်ခုပေါ်တွင် နောက်ပိုင်းတွင် စုပုံလာသည်။ သို့သော်၊ ablation လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း၊ အချို့သော စွမ်းအင်မြင့်မားသော အမှုန်များသည် ပစ္စည်းမျက်နှာပြင်ကို တိုက်ရိုက်သက်ရောက်မှုရှိပြီး ပွိုင့်ချို့ယွင်းချက်များကို ဖန်တီးကာ ဖလင်၏ အရည်အသွေးကို လျော့ကျစေသည်။ MBE နည်းလမ်းနှင့်ဆင်တူသော RHEED ကို PLD β-Ga2O3 အပ်နှံခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ပစ္စည်း၏မျက်နှာပြင်တည်ဆောက်ပုံနှင့် အသွင်သဏ္ဌာန်ကို အချိန်နှင့်တပြေးညီစောင့်ကြည့်ရန် RHEED ကို အသုံးပြုနိုင်ပြီး သုတေသီများအား ကြီးထွားမှုအချက်အလက်များကို တိကျစွာရရှိစေပါသည်။ PLD နည်းလမ်းသည် အလွန်လျှပ်ကူးနိုင်သော β-Ga2O3 ရုပ်ရှင်များကို Ga2O3 ပါဝါစက်ပစ္စည်းများတွင် ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ထားသော ohmic အဆက်အသွယ်ဖြေရှင်းချက်ဖြစ်လာစေရန် မျှော်လင့်ပါသည်။
Si doped Ga2O3 ၏ AFM ပုံ ၁၀ ပုံ
3.5 MIST-CVD နည်းလမ်း
MIST-CVD သည် ရိုးရှင်းပြီး ကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော ပါးလွှာသော ဖလင်ကြီးထွားမှုနည်းပညာဖြစ်သည်။ ဤ CVD နည်းလမ်းသည် ပါးလွှာသော ဖလင်အစစ်များရရှိစေရန်အတွက် အက်တမ်ဝင်သော ရှေ့ပြေးနိမိတ်ကို ပက်ဖျန်းခြင်းတွင် ပါဝင်ပါသည်။ သို့သော်လည်း ယခုအချိန်အထိ မြူခိုး CVD ကို အသုံးပြု၍ စိုက်ပျိုးထားသည့် Ga2O3 သည် ကောင်းမွန်သော လျှပ်စစ်ဂုဏ်သတ္တိများ ကင်းမဲ့နေသေးပြီး အနာဂတ်တွင် တိုးတက်မှုနှင့် ပိုမိုကောင်းမွန်အောင် လုပ်ဆောင်ရန် နေရာများစွာကျန်ရှိနေပါသည်။
စာတိုက်အချိန်- မေလ ၃၀-၂၀၂၄