ඔක්සිකරණය වූ ස්ථාවර ධාන්‍ය සහ එපිටාක්සියල් වර්ධන තාක්ෂණය-Ⅱ

3. එපිටාක්සියල් තුනී පටල වර්ධනය
උපස්ථරය Ga2O3 බල උපාංග සඳහා භෞතික ආධාරක තට්ටුවක් හෝ සන්නායක තට්ටුවක් සපයයි. ඊළඟ වැදගත් ස්ථරය වන්නේ වෝල්ටීයතා ප්රතිරෝධය සහ වාහක ප්රවාහනය සඳහා භාවිතා කරන නාලිකා ස්ථරය හෝ epitaxial ස්ථරයයි. බිඳවැටීමේ වෝල්ටීයතාව වැඩි කිරීම සහ සන්නායක ප්රතිරෝධය අවම කිරීම සඳහා, පාලනය කළ හැකි ඝනකම සහ මාත්රණ සාන්ද්රණය මෙන්ම ප්රශස්ත ද්රව්යයේ ගුණාත්මකභාවය, සමහර පූර්වාවශ්යතාවයන් වේ. උසස් තත්ත්වයේ Ga2O3 epitaxial ස්ථර සාමාන්‍යයෙන් තැන්පත් කරනු ලබන්නේ අණුක කදම්භ එපිටැක්සි (MBE), ලෝහ කාබනික රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (MOCVD), හේලයිඩ වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (HVPE), ස්පන්දන ලේසර් තැන්පත් කිරීම (PLD) සහ මීදුම CVD මත පදනම් වූ තැන්පත් ක්‍රම භාවිතා කරමිනි.

වගුව 2 සමහර නියෝජිත epitaxial තාක්ෂණයන්

3.1 MBE ක්‍රමය
MBE තාක්‍ෂණය එහි අධි-ඉහළ රික්තක පරිසරය සහ ඉහළ ද්‍රව්‍ය සංශුද්ධතාවය හේතුවෙන් පාලනය කළ හැකි n-වර්ගයේ මාත්‍රණය සමඟ උසස් තත්ත්වයේ, දෝෂ රහිත β-Ga2O3 චිත්‍රපට වර්ධනය කිරීමේ හැකියාව සඳහා ප්‍රසිද්ධය. එහි ප්‍රතිඵලයක් වශයෙන්, එය වඩාත් පුළුල් ලෙස අධ්‍යයනය කළ සහ වාණිජකරණය කළ හැකි β-Ga2O3 තුනී පටල තැන්පත් කිරීමේ තාක්ෂණයක් බවට පත්ව ඇත. මීට අමතරව, MBE ක්‍රමය මඟින් උසස් තත්ත්වයේ, අඩු මාත්‍රාවක් සහිත විෂම ව්‍යුහයක් β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 තුනී පටල තට්ටුවක් ද සාර්ථකව සකස් කරන ලදී. පරාවර්තන අධි ශක්ති ඉලෙක්ට්‍රෝන විවර්තනය (RHEED) භාවිතයෙන් MBE හට පරමාණුක ස්ථරයේ නිරවද්‍යතාවයෙන් තත්‍ය කාලීනව මතුපිට ව්‍යුහය සහ රූප විද්‍යාව නිරීක්ෂණය කළ හැක. කෙසේ වෙතත්, MBE තාක්ෂණය භාවිතයෙන් වගා කරන ලද β-Ga2O3 චිත්‍රපට තවමත් අඩු වර්ධන වේගය සහ කුඩා චිත්‍රපට ප්‍රමාණය වැනි බොහෝ අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි. වර්ධන වේගය (010)>(001)>(−201)>(100) අනුපිළිවෙලෙහි පවතින බව අධ්‍යයනයෙන් සොයාගෙන ඇත. 650 සිට 750°C දක්වා තරමක් Ga-පොහොසත් තත්ත්ව යටතේ, β-Ga2O3 (010) සුමට මතුපිටක් සහ ඉහළ වර්ධන වේගයක් සහිත ප්‍රශස්ත වර්ධනයක් පෙන්නුම් කරයි. මෙම ක්‍රමය භාවිතා කරමින්, 0.1 nmක RMS රළුබවක් සමඟින් β-Ga2O3 epitaxy සාර්ථකව ලබා ගන්නා ලදී. β-Ga2O3 Ga-rich පරිසරයක, විවිධ උෂ්ණත්වවලදී වගා කරන ලද MBE පටල රූපයේ දැක්වේ. Novel Crystal Technology Inc. 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE වේෆර් සාර්ථකව නිෂ්පාදනය කර ඇත. ඒවා 500 μm ඝණකමකින් සහ XRD FWHM චාප තත්පර 150 ට අඩු උසස් තත්ත්වයේ (010) දිශානුගත β-Ga2O3 තනි ස්ඵටික උපස්ථර සපයයි. උපස්ථරය Sn මාත්‍රණය හෝ Fe මාත්‍රණය කර ඇත. Sn-ඩොප් කරන ලද සන්නායක උපස්ථරය 1E18 සිට 9E18cm−3 දක්වා මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණයක් ඇති අතර, යකඩ මාත්‍රණය කරන ලද අර්ධ පරිවාරක උපස්ථරය 10E10 Ω cm ට වඩා වැඩි ප්‍රතිරෝධයක් ඇත.

3.2 MOCVD ක්රමය
MOCVD තුනී පටල වර්ධනය කිරීම සඳහා පූර්වගාමී ද්‍රව්‍ය ලෙස ලෝහ කාබනික සංයෝග භාවිතා කරයි, එමඟින් මහා පරිමාණ වාණිජ නිෂ්පාදනයක් ලබා ගනී. MOCVD ක්‍රමය භාවිතා කර Ga2O3 වර්ධනය කරන විට ට්‍රයිමෙතිල්ගාලියම් (TMGa), ට්‍රයිඑතිල්ගාලියම් (TEGa) සහ Ga (ඩයිපෙන්ටයිල් ග්ලයිකෝල් ෆෝමේට්) සාමාන්‍යයෙන් Ga ප්‍රභවය ලෙස භාවිතා කරන අතර H2O, O2 හෝ N2O ඔක්සිජන් ප්‍රභවය ලෙස භාවිතා කරයි. මෙම ක්‍රමය භාවිතා කරන වර්ධනය සඳහා සාමාන්‍යයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වයන් (>800°C) අවශ්‍ය වේ. මෙම තාක්‍ෂණයට අඩු වාහක සාන්ද්‍රණයක් සහ ඉහළ සහ අඩු උෂ්ණත්ව ඉලෙක්ට්‍රෝන සංචලතාවක් ලබා ගැනීමේ හැකියාව ඇත, එබැවින් එය ඉහළ කාර්ය සාධනයක් සහිත β-Ga2O3 බල උපාංග සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා ඉතා වැදගත් වේ. MBE වර්ධන ක්‍රමය හා සසඳන විට, MOCVD හට ඉහළ උෂ්ණත්ව වර්ධනයේ සහ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා වල ලක්ෂණ හේතුවෙන් β-Ga2O3 පටලවල ඉතා ඉහළ වර්ධන වේගයක් ලබා ගැනීමේ වාසිය ඇත.

රූපය 7 β-Ga2O3 (010) AFM රූපය

රූපය 8 β-Ga2O3 ශාලාව සහ උෂ්ණත්වය මගින් මනිනු ලබන μ සහ තහඩු ප්‍රතිරෝධය අතර සම්බන්ධය

3.3 HVPE ක්‍රමය
HVPE යනු පරිණත epitaxial තාක්ෂණයක් වන අතර III-V සංයෝග අර්ධ සන්නායකවල epitaxial වර්ධනය සඳහා බහුලව භාවිතා වේ. HVPE එහි අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැය, වේගවත් වර්ධන වේගය සහ ඉහළ පටල ඝණකම සඳහා ප්රසිද්ධය. HVPEβ-Ga2O3 සාමාන්‍යයෙන් රළු පෘෂ්ඨ රූප විද්‍යාව සහ මතුපිට දෝෂ සහ වලවල් වල අධික ඝනත්වය පෙන්නුම් කරන බව සටහන් කළ යුතුය. එබැවින් උපාංගය නිෂ්පාදනය කිරීමට පෙර රසායනික හා යාන්ත්රික ඔප දැමීමේ ක්රියාවලීන් අවශ්ය වේ. β-Ga2O3 epitaxy සඳහා වන HVPE තාක්ෂණය සාමාන්‍යයෙන් (001) β-Ga2O3 න්‍යාසයේ ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතික්‍රියාව ප්‍රවර්ධනය කිරීම සඳහා පූර්වගාමීන් ලෙස වායුමය GaCl සහ O2 භාවිතා කරයි. රූප සටහන 9 මඟින් උෂ්ණත්වයේ ශ්‍රිතයක් ලෙස epitaxial පටලයේ මතුපිට තත්ත්වය සහ වර්ධන වේගය පෙන්වයි. මෑත වසරවලදී, ජපානයේ Novel Crystal Technology Inc. HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 හි සැලකිය යුතු වාණිජ සාර්ථකත්වයක් අත්කර ගෙන ඇති අතර, epitaxial ස්ථර ඝනකම 5 සිට 10 μm දක්වා සහ වේෆර් ප්‍රමාණය අඟල් 2 සහ 4 දක්වා ඇත. මීට අමතරව, චයිනා ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ටෙක්නොලොජි ගෲප් කෝපරේෂන් විසින් නිෂ්පාදනය කරන ලද 20 μm ඝන HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial වේෆර් ද වාණිජකරණ අදියරට පිවිස ඇත.

රූපය 9 HVPE ක්‍රමය β-Ga2O3

3.4 PLD ක්රමය
PLD තාක්ෂණය ප්‍රධාන වශයෙන් සංකීර්ණ ඔක්සයිඩ් පටල සහ විෂම ව්‍යුහයන් තැන්පත් කිරීම සඳහා යොදා ගනී. PLD වර්ධන ක්‍රියාවලියේදී, ඉලෙක්ට්‍රෝන විමෝචන ක්‍රියාවලිය හරහා ඉලක්ක ද්‍රව්‍ය වෙත ෆෝටෝන ශක්තිය සම්බන්ධ වේ. MBE වලට ප්‍රතිවිරුද්ධව, PLD ප්‍රභව අංශු අතිශය ඉහල ශක්තියකින් (>100 eV) ලේසර් විකිරණ මගින් සාදනු ලබන අතර පසුව රත් වූ උපස්ථරයක් මත තැන්පත් වේ. කෙසේ වෙතත්, ඉවත් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී, සමහර අධි ශක්ති අංශු ද්‍රව්‍ය මතුපිටට සෘජුවම බලපාන අතර, ලක්ෂ්‍ය දෝෂ ඇති කරන අතර එමඟින් චිත්‍රපටයේ ගුණාත්මක භාවය අඩු වේ. MBE ක්‍රමයට සමානව, PLD β-Ga2O3 තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී තත්‍ය කාලීනව ද්‍රව්‍යයේ මතුපිට ව්‍යුහය සහ රූප විද්‍යාව නිරීක්ෂණය කිරීමට RHEED භාවිතා කළ හැක, පර්යේෂකයන්ට වර්ධන තොරතුරු නිවැරදිව ලබා ගැනීමට ඉඩ සලසයි. PLD ක්‍රමය මඟින් ඉහළ සන්නායක β-Ga2O3 පටල වර්ධනය කිරීමට බලාපොරොත්තු වන අතර, එය Ga2O3 බල උපාංගවල ප්‍රශස්ත ඕමික් සම්බන්ධතා විසඳුමක් බවට පත් කරයි.

Si මාත්‍රණය කළ Ga2O3 හි රූප සටහන 10 AFM රූපය

3.5 MIST-CVD ක්‍රමය
MIST-CVD යනු සාපේක්ෂව සරල හා ලාභදායී තුනී පටල වර්ධන තාක්ෂණයකි. මෙම CVD ක්‍රමයට තුනී පටල තැන්පත් වීම සඳහා පරමාණුක පූර්වගාමියා උපස්ථරයක් මතට ඉසීමේ ප්‍රතික්‍රියාව ඇතුළත් වේ. කෙසේ වෙතත්, මෙතෙක්, මීදුම CVD භාවිතයෙන් වගා කරන ලද Ga2O3 තවමත් හොඳ විද්‍යුත් ගුණාංග නොමැති අතර, අනාගතයේදී වැඩිදියුණු කිරීමට සහ ප්‍රශස්තිකරණයට විශාල ඉඩක් ඉතිරි කරයි.