ஆக்ஸிஜனேற்றப்பட்ட தானியம் மற்றும் எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி தொழில்நுட்பம்-Ⅱ

3. எபிடாக்சியல் மெல்லிய பட வளர்ச்சி
அடி மூலக்கூறு Ga2O3 சக்தி சாதனங்களுக்கு ஒரு உடல் ஆதரவு அடுக்கு அல்லது கடத்தும் அடுக்கு வழங்குகிறது. மின்னழுத்த எதிர்ப்பு மற்றும் கேரியர் போக்குவரத்துக்கு பயன்படுத்தப்படும் சேனல் அடுக்கு அல்லது எபிடாக்சியல் அடுக்கு அடுத்த முக்கியமான அடுக்கு ஆகும். முறிவு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிப்பதற்கும் கடத்தல் எதிர்ப்பைக் குறைப்பதற்கும், கட்டுப்படுத்தக்கூடிய தடிமன் மற்றும் ஊக்கமருந்து செறிவு, அத்துடன் உகந்த பொருள் தரம் ஆகியவை சில முன்நிபந்தனைகள். உயர்தர Ga2O3 எபிடாக்சியல் அடுக்குகள் பொதுவாக மூலக்கூறு கற்றை எபிடாக்ஸி (MBE), உலோக கரிம இரசாயன நீராவி படிவு (MOCVD), ஹாலைடு நீராவி படிவு (HVPE), துடிப்புள்ள லேசர் படிவு (PLD) மற்றும் மூடுபனி CVD அடிப்படையிலான படிவு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி டெபாசிட் செய்யப்படுகின்றன.

அட்டவணை 2 சில பிரதிநிதித்துவ எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பங்கள்

3.1 MBE முறை
MBE தொழில்நுட்பம் அதன் அதி-உயர் வெற்றிட சூழல் மற்றும் உயர் பொருள் தூய்மை காரணமாக கட்டுப்படுத்தக்கூடிய n-வகை ஊக்கமருந்து மூலம் உயர்தர, குறைபாடுகள் இல்லாத β-Ga2O3 பிலிம்களை வளர்க்கும் திறனுக்காகப் புகழ்பெற்றது. இதன் விளைவாக, இது மிகவும் பரவலாக ஆய்வு செய்யப்பட்டு வணிகமயமாக்கப்பட்ட β-Ga2O3 மெல்லிய பட படிவு தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாக மாறியுள்ளது. கூடுதலாக, MBE முறையானது உயர்தர, குறைந்த-டோப் செய்யப்பட்ட ஹீட்டோரோஸ்ட்ரக்சர் β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 மெல்லிய பட அடுக்கையும் வெற்றிகரமாகத் தயாரித்தது. பிரதிபலிப்பு உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷனை (RHEED) பயன்படுத்தி MBE மேற்பரப்பு அமைப்பு மற்றும் உருவ அமைப்பை அணு அடுக்கு துல்லியத்துடன் உண்மையான நேரத்தில் கண்காணிக்க முடியும். இருப்பினும், MBE தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்படும் β-Ga2O3 படங்கள் குறைந்த வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் சிறிய பட அளவு போன்ற பல சவால்களை இன்னும் சந்திக்கின்றன. வளர்ச்சி விகிதம் (010)>(001)>(−201)>(100) என்ற வரிசையில் இருப்பதாக ஆய்வில் கண்டறியப்பட்டுள்ளது. 650 முதல் 750 டிகிரி செல்சியஸ் வரை சற்று Ga- நிறைந்த சூழ்நிலையில், β-Ga2O3 (010) மென்மையான மேற்பரப்பு மற்றும் அதிக வளர்ச்சி விகிதத்துடன் உகந்த வளர்ச்சியை வெளிப்படுத்துகிறது. இந்த முறையைப் பயன்படுத்தி, 0.1 nm RMS கடினத்தன்மையுடன் β-Ga2O3 எபிடாக்ஸி வெற்றிகரமாக அடையப்பட்டது. β-Ga2O3 கா-ரிச் சூழலில், வெவ்வேறு வெப்பநிலையில் வளர்க்கப்படும் MBE படங்கள் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளன. நாவல் கிரிஸ்டல் டெக்னாலஜி இன்க். 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE செதில்களை எபிடாக்சியாக வெற்றிகரமாக தயாரித்துள்ளது. அவை உயர்தர (010) சார்ந்த β-Ga2O3 ஒற்றை படிக அடி மூலக்கூறுகளை 500 μm மற்றும் XRD FWHM 150 வினாடிகளுக்குக் கீழே வழங்குகின்றன. அடி மூலக்கூறு Sn டோப் அல்லது Fe டோப் செய்யப்பட்டதாகும். Sn-டோப் செய்யப்பட்ட கடத்தும் அடி மூலக்கூறு 1E18 முதல் 9E18cm−3 வரை டோப்பிங் செறிவைக் கொண்டுள்ளது, அதே சமயம் இரும்பு-டோப் செய்யப்பட்ட அரை-இன்சுலேடிங் அடி மூலக்கூறு 10E10 Ω செமீக்கு மேல் எதிர்ப்புத் திறனைக் கொண்டுள்ளது.

3.2 MOCVD முறை
MOCVD மெல்லிய படலங்களை வளர்க்க உலோக கரிம சேர்மங்களை முன்னோடிப் பொருட்களாகப் பயன்படுத்துகிறது, இதன் மூலம் பெரிய அளவிலான வணிக உற்பத்தியை அடைகிறது. MOCVD முறையைப் பயன்படுத்தி Ga2O3 ஐ வளர்க்கும் போது, ​​டிரைமெதில்காலியம் (TMGa), ட்ரைதில்காலியம் (TEGa) மற்றும் Ga (டிபென்டைல் ​​கிளைகோல் ஃபார்மேட்) ஆகியவை பொதுவாக Ga மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, H2O, O2 அல்லது N2O ஆகியவை ஆக்ஸிஜன் மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த முறையைப் பயன்படுத்தும் வளர்ச்சிக்கு பொதுவாக அதிக வெப்பநிலை (>800°C) தேவைப்படுகிறது. இந்த தொழில்நுட்பம் குறைந்த கேரியர் செறிவு மற்றும் உயர் மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலை எலக்ட்ரான் இயக்கம் ஆகியவற்றை அடைவதற்கான ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது, எனவே இது உயர் செயல்திறன் கொண்ட β-Ga2O3 சக்தி சாதனங்களை உணர மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. MBE வளர்ச்சி முறையுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அதிக வெப்பநிலை வளர்ச்சி மற்றும் இரசாயன எதிர்வினைகளின் பண்புகள் காரணமாக MOCVD ஆனது β-Ga2O3 படங்களின் மிக உயர்ந்த வளர்ச்சி விகிதங்களை அடைவதன் நன்மையைக் கொண்டுள்ளது.

படம் 7 β-Ga2O3 (010) AFM படம்

படம் 8 β-Ga2O3 ஹால் மற்றும் வெப்பநிலையால் அளவிடப்படும் μ மற்றும் தாள் எதிர்ப்பிற்கு இடையிலான உறவு

3.3 HVPE முறை
HVPE என்பது முதிர்ந்த எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பம் மற்றும் III-V கலவை குறைக்கடத்திகளின் எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. HVPE அதன் குறைந்த உற்பத்தி செலவு, விரைவான வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் அதிக பட தடிமன் ஆகியவற்றிற்கு பெயர் பெற்றது. HVPEβ-Ga2O3 பொதுவாக தோராயமான மேற்பரப்பு உருவ அமைப்பையும் மேற்பரப்பு குறைபாடுகள் மற்றும் குழிகளின் அதிக அடர்த்தியையும் வெளிப்படுத்துகிறது என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். எனவே, சாதனத்தை உற்பத்தி செய்வதற்கு முன் இரசாயன மற்றும் இயந்திர மெருகூட்டல் செயல்முறைகள் தேவைப்படுகின்றன. β-Ga2O3 எபிடாக்ஸிக்கான HVPE தொழில்நுட்பம் பொதுவாக (001) β-Ga2O3 மேட்ரிக்ஸின் உயர்-வெப்பநிலை எதிர்வினையை ஊக்குவிக்க வாயு GaCl மற்றும் O2 ஐ முன்னோடிகளாகப் பயன்படுத்துகிறது. வெப்பநிலையின் செயல்பாடாக எபிடாக்சியல் படத்தின் மேற்பரப்பு நிலை மற்றும் வளர்ச்சி விகிதத்தை படம் 9 காட்டுகிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஜப்பானின் நாவல் கிரிஸ்டல் டெக்னாலஜி இன்க். HVPE ஹோமோபிடாக்சியல் β-Ga2O3 இல் குறிப்பிடத்தக்க வணிக வெற்றியை அடைந்துள்ளது, எபிடாக்சியல் லேயர் தடிமன் 5 முதல் 10 μm மற்றும் செதில் அளவு 2 மற்றும் 4 அங்குலங்கள். கூடுதலாக, சீனா எலக்ட்ரானிக்ஸ் டெக்னாலஜி குரூப் கார்ப்பரேஷன் தயாரித்த 20 μm தடிமன் கொண்ட HVPE β-Ga2O3 ஹோமோபிடாக்சியல் செதில்களும் வணிகமயமாக்கல் நிலைக்கு வந்துள்ளன.

படம் 9 HVPE முறை β-Ga2O3

3.4 PLD முறை
PLD தொழில்நுட்பம் முக்கியமாக சிக்கலான ஆக்சைடு படங்கள் மற்றும் ஹீட்டோரோஸ்ட்ரக்சர்களை டெபாசிட் செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது. PLD வளர்ச்சி செயல்பாட்டின் போது, ​​எலக்ட்ரான் உமிழ்வு செயல்முறை மூலம் ஃபோட்டான் ஆற்றல் இலக்கு பொருளுடன் இணைக்கப்படுகிறது. MBE க்கு மாறாக, PLD மூலத் துகள்கள் மிக அதிக ஆற்றலுடன் (>100 eV) லேசர் கதிர்வீச்சினால் உருவாகின்றன, பின்னர் அவை சூடான அடி மூலக்கூறில் வைக்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், நீக்குதல் செயல்பாட்டின் போது, ​​சில உயர்-ஆற்றல் துகள்கள் நேரடியாக பொருள் மேற்பரப்பில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும், புள்ளி குறைபாடுகளை உருவாக்கி, படத்தின் தரத்தை குறைக்கும். MBE முறையைப் போலவே, RHEED ஆனது PLD β-Ga2O3 படிவு செயல்பாட்டின் போது உண்மையான நேரத்தில் பொருளின் மேற்பரப்பு அமைப்பு மற்றும் உருவ அமைப்பைக் கண்காணிக்கப் பயன்படுகிறது, இது ஆராய்ச்சியாளர்கள் வளர்ச்சித் தகவலைத் துல்லியமாகப் பெற அனுமதிக்கிறது. PLD முறையானது அதிக கடத்தும் β-Ga2O3 ஃபிலிம்களை உருவாக்கும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது, இது Ga2O3 சக்தி சாதனங்களில் உகந்த ஓமிக் தொடர்பு தீர்வாக அமைகிறது.

Si டோப் செய்யப்பட்ட Ga2O3 இன் படம் 10 AFM படம்

3.5 MIST-CVD முறை
MIST-CVD என்பது ஒப்பீட்டளவில் எளிமையான மற்றும் செலவு குறைந்த மெல்லிய பட வளர்ச்சி தொழில்நுட்பமாகும். இந்த CVD முறையானது மெல்லிய படல படிவுகளை அடைய ஒரு அடி மூலக்கூறு மீது அணுவாக்கப்பட்ட முன்னோடியை தெளிப்பதன் எதிர்வினையை உள்ளடக்கியது. இருப்பினும், இதுவரை, மூடுபனி சிவிடியைப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்பட்ட Ga2O3 இன்னும் நல்ல மின் பண்புகளைக் கொண்டிருக்கவில்லை, இது எதிர்காலத்தில் முன்னேற்றம் மற்றும் தேர்வுமுறைக்கு நிறைய இடங்களை விட்டுச்செல்கிறது.