अक्सिडाइज्ड स्ट्यान्डिङ ग्रेन र एपिटेक्सियल ग्रोथ टेक्नोलोजी-Ⅱ

3. एपिटेक्सियल पातलो फिल्म वृद्धि
सब्सट्रेटले Ga2O3 पावर उपकरणहरूको लागि भौतिक समर्थन तह वा प्रवाहकीय तह प्रदान गर्दछ। अर्को महत्त्वपूर्ण तह भनेको च्यानल तह वा एपिटेक्सियल तह हो जुन भोल्टेज प्रतिरोध र वाहक यातायातको लागि प्रयोग गरिन्छ। ब्रेकडाउन भोल्टेज बढाउन र प्रवाह प्रतिरोध कम गर्नको लागि, नियन्त्रण योग्य मोटाई र डोपिङ एकाग्रता, साथै इष्टतम सामग्री गुणस्तर, केही पूर्व शर्तहरू हुन्। उच्च गुणस्तरको Ga2O3 epitaxial तहहरू सामान्यतया आणविक बीम epitaxy (MBE), धातु जैविक रासायनिक भाप निक्षेप (MOCVD), halide भाप निक्षेप (HVPE), पल्स्ड लेजर डिपोजिसन (PLD), र फग CVD आधारित निक्षेप प्रविधिहरू प्रयोग गरेर जम्मा गरिन्छ।

तालिका 2 केही प्रतिनिधि एपिटेक्सियल टेक्नोलोजीहरू

3.1 MBE विधि
MBE टेक्नोलोजी यसको अति-उच्च भ्याकुम वातावरण र उच्च सामग्री शुद्धताको कारण नियन्त्रण गर्न योग्य n-प्रकार डोपिङको साथ उच्च-गुणस्तर, दोष-रहित β-Ga2O3 चलचित्रहरू बढाउने क्षमताको लागि प्रसिद्ध छ। नतिजाको रूपमा, यो सबैभन्दा व्यापक रूपमा अध्ययन गरिएको र सम्भावित β-Ga2O3 पातलो फिल्म डिपोजिसन टेक्नोलोजीहरू मध्ये एक भएको छ। थप रूपमा, MBE विधिले सफलतापूर्वक उच्च-गुणस्तरको, कम डोप गरिएको हेटेरोस्ट्रक्चर β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 पातलो फिल्म तह तयार गर्‍यो। MBE रिफ्लेक्शन हाई एनर्जी इलेक्ट्रोन डिफ्रेक्शन (RHEED) को प्रयोग गरेर परमाणु तह परिशुद्धताको साथ वास्तविक समयमा सतह संरचना र मोर्फोलजी निगरानी गर्न सक्छ। जे होस्, MBE प्रविधिको प्रयोग गरेर हुर्किएका β-Ga2O3 चलचित्रहरूले अझै पनि धेरै चुनौतीहरू सामना गर्छन्, जस्तै कम वृद्धि दर र सानो चलचित्र आकार। अध्ययनले विकास दर (010)>(001)>(−201)>(100) को क्रममा रहेको पत्ता लगायो। 650 देखि 750 डिग्री सेल्सियसको थोरै Ga-सम्पन्न अवस्थाहरूमा, β-Ga2O3 (010) ले चिल्लो सतह र उच्च वृद्धि दरको साथ इष्टतम वृद्धि देखाउँछ। यो विधि प्रयोग गरेर, β-Ga2O3 epitaxy सफलतापूर्वक 0.1 nm को RMS रफनेस संग हासिल गरिएको थियो। β-Ga2O3 Ga-समृद्ध वातावरणमा, विभिन्न तापक्रममा हुर्किने MBE चलचित्रहरू चित्रमा देखाइएको छ। उपन्यास क्रिस्टल टेक्नोलोजी इंक. ले सफलतापूर्वक 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE वेफर्स उत्पादन गरेको छ। तिनीहरूले उच्च गुणस्तर (010) उन्मुख β-Ga2O3 एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटहरू 500 μm को मोटाई र XRD FWHM 150 आर्क सेकेन्ड भन्दा कम प्रदान गर्छन्। सब्सट्रेट Sn डोपेड वा Fe डोपेड हो। Sn-डोप ​​गरिएको प्रवाहकीय सब्सट्रेटमा 1E18 देखि 9E18cm−3 को डोपिङ एकाग्रता हुन्छ, जबकि फलामको डोप गरिएको अर्ध-इन्सुलेट सब्सट्रेटको प्रतिरोधात्मकता 10E10 Ω सेमी भन्दा बढी हुन्छ।

3.2 MOCVD विधि
MOCVD ले पातलो फिल्महरू बढ्नको लागि पूर्ववर्ती सामग्रीको रूपमा धातुको जैविक यौगिकहरू प्रयोग गर्दछ, जसले गर्दा ठूलो मात्रामा व्यावसायिक उत्पादन हासिल हुन्छ। MOCVD विधि प्रयोग गरी Ga2O3 बढाउँदा, trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa) र Ga (dipentyl glycol formate) सामान्यतया Ga स्रोतको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जबकि H2O, O2 वा N2O लाई अक्सिजन स्रोतको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यो विधि प्रयोग गरी वृद्धि गर्न सामान्यतया उच्च तापक्रम (>800°C) चाहिन्छ। यस प्रविधिसँग कम वाहक एकाग्रता र उच्च र कम तापक्रम इलेक्ट्रोन गतिशीलता प्राप्त गर्ने क्षमता छ, त्यसैले यो उच्च प्रदर्शन β-Ga2O3 पावर उपकरणहरूको प्राप्तिको लागि ठूलो महत्त्वको छ। MBE वृद्धि विधिको तुलनामा, MOCVD सँग उच्च-तापमान वृद्धि र रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको विशेषताहरूको कारण β-Ga2O3 फिल्महरूको धेरै उच्च वृद्धि दर हासिल गर्ने फाइदा छ।

चित्र 7 β-Ga2O3 (010) AFM छवि

चित्र 8 β-Ga2O3 हल र तापमान द्वारा मापन μ र पाना प्रतिरोध बीचको सम्बन्ध

3.3 HVPE विधि
HVPE एक परिपक्व एपिटेक्सियल टेक्नोलोजी हो र III-V कम्पाउन्ड अर्धचालकहरूको एपिटेक्सियल वृद्धिमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। HVPE यसको कम उत्पादन लागत, छिटो वृद्धि दर, र उच्च फिल्म मोटाई को लागी परिचित छ। यो ध्यान दिनु पर्छ कि HVPEβ-Ga2O3 सामान्यतया कुनै न कुनै सतह आकार र सतह दोष र खाडल को उच्च घनत्व प्रदर्शन गर्दछ। तसर्थ, उपकरण निर्माण गर्नु अघि रासायनिक र मेकानिकल पॉलिश प्रक्रियाहरू आवश्यक छ। β-Ga2O3 epitaxy को लागि HVPE टेक्नोलोजी सामान्यतया (001) β-Ga2O3 म्याट्रिक्सको उच्च-तापमान प्रतिक्रिया प्रवर्द्धन गर्न पूर्ववर्ती रूपमा ग्यासयुक्त GaCl र O2 प्रयोग गर्दछ। चित्र 9 ले तापक्रमको प्रकार्यको रूपमा एपिटेक्सियल फिल्मको सतह अवस्था र वृद्धि दर देखाउँछ। हालका वर्षहरूमा, जापानको उपन्यास क्रिस्टल टेक्नोलोजी इंकले HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 मा 5 देखि 10 μm को epitaxial तह मोटाई र 2 र 4 इन्चको वेफर साइजको साथ महत्त्वपूर्ण व्यावसायिक सफलता हासिल गरेको छ। थप रूपमा, चाइना इलेक्ट्रोनिक्स टेक्नोलोजी ग्रुप कर्पोरेशन द्वारा उत्पादित 20 μm बाक्लो HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial वेफरहरू पनि व्यावसायीकरण चरणमा प्रवेश गरेका छन्।

चित्र 9 HVPE विधि β-Ga2O3

3.4 PLD विधि
PLD प्रविधि मुख्यतया जटिल अक्साइड फिल्महरू र heterostructures जम्मा गर्न प्रयोग गरिन्छ। PLD वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा, फोटान ऊर्जा इलेक्ट्रोन उत्सर्जन प्रक्रिया मार्फत लक्षित सामग्रीमा जोडिएको छ। MBE को विपरित, PLD स्रोत कणहरू लेजर विकिरणद्वारा अत्यधिक उच्च ऊर्जा (>100 eV) द्वारा बनाइन्छ र पछि तातो सब्सट्रेटमा जम्मा गरिन्छ। यद्यपि, पृथक प्रक्रियाको क्रममा, केही उच्च-ऊर्जा कणहरूले सामग्रीको सतहलाई सीधा असर गर्नेछ, बिन्दु दोषहरू सिर्जना गर्दछ र यसरी फिल्मको गुणस्तर घटाउँछ। MBE विधि जस्तै, RHEED लाई PLD β-Ga2O3 डिपोजिसन प्रक्रियाको क्रममा वास्तविक समयमा सामग्रीको सतह संरचना र आकारविज्ञान निगरानी गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, जसले अनुसन्धानकर्ताहरूलाई सही रूपमा वृद्धि जानकारी प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ। PLD विधिले उच्च प्रवाहकीय β-Ga2O3 फिल्महरू बढ्ने अपेक्षा गरिएको छ, यसले यसलाई Ga2O3 पावर उपकरणहरूमा एक अनुकूलित ओमिक सम्पर्क समाधान बनाउँछ।

Si doped Ga2O3 को चित्र 10 AFM छवि

3.5 MIST-CVD विधि
MIST-CVD एक अपेक्षाकृत सरल र लागत-प्रभावी पातलो फिल्म वृद्धि प्रविधि हो। यो CVD विधिले पातलो फिल्म डिपोजिसन प्राप्त गर्न सब्सट्रेटमा एटोमाइज्ड पूर्ववर्ती स्प्रे गर्ने प्रतिक्रिया समावेश गर्दछ। यद्यपि, अहिले सम्म, मिस्ट CVD प्रयोग गरेर बढेको Ga2O3 मा अझै पनि राम्रो विद्युतीय गुणहरू छैनन्, जसले भविष्यमा सुधार र अनुकूलनको लागि धेरै ठाउँ छोड्छ।