ఆక్సిడైజ్డ్ స్టాండింగ్ గ్రెయిన్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ-Ⅱ

2. ఎపిటాక్సియల్ థిన్ ఫిల్మ్ గ్రోత్

సబ్‌స్ట్రేట్ Ga2O3 పవర్ పరికరాల కోసం భౌతిక మద్దతు లేయర్ లేదా వాహక పొరను అందిస్తుంది. తదుపరి ముఖ్యమైన పొర వోల్టేజ్ నిరోధకత మరియు క్యారియర్ రవాణా కోసం ఉపయోగించే ఛానల్ లేయర్ లేదా ఎపిటాక్సియల్ పొర. బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజీని పెంచడానికి మరియు ప్రసరణ నిరోధకతను తగ్గించడానికి, నియంత్రించదగిన మందం మరియు డోపింగ్ ఏకాగ్రత, అలాగే సరైన మెటీరియల్ నాణ్యత, కొన్ని ముందస్తు అవసరాలు. అధిక నాణ్యత గల Ga2O3 ఎపిటాక్సియల్ పొరలు సాధారణంగా మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE), మెటల్ ఆర్గానిక్ కెమికల్ ఆవిరి నిక్షేపణ (MOCVD), హాలైడ్ ఆవిరి నిక్షేపణ (HVPE), పల్సెడ్ లేజర్ డిపాజిషన్ (PLD) మరియు ఫాగ్ CVD ఆధారిత నిక్షేపణ పద్ధతులను ఉపయోగించి జమ చేయబడతాయి.

టేబుల్ 2 కొన్ని ప్రాతినిధ్య ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీలు

2.1 MBE పద్ధతి

MBE సాంకేతికత దాని అల్ట్రా-హై వాక్యూమ్ ఎన్విరాన్‌మెంట్ మరియు అధిక మెటీరియల్ స్వచ్ఛత కారణంగా నియంత్రించదగిన n-రకం డోపింగ్‌తో అధిక-నాణ్యత, లోపాలు లేని β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లను పెంచే సామర్థ్యానికి ప్రసిద్ధి చెందింది. ఫలితంగా, ఇది అత్యంత విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడిన మరియు సంభావ్యంగా వాణిజ్యీకరించబడిన β-Ga2O3 థిన్ ఫిల్మ్ డిపాజిషన్ టెక్నాలజీలలో ఒకటిగా మారింది. అదనంగా, MBE పద్ధతి అధిక-నాణ్యత, తక్కువ-డోప్డ్ హెటెరోస్ట్రక్చర్ β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 థిన్ ఫిల్మ్ లేయర్‌ను కూడా విజయవంతంగా సిద్ధం చేసింది. MBE రిఫ్లెక్షన్ హై ఎనర్జీ ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ (RHEED)ని ఉపయోగించడం ద్వారా అణు పొర ఖచ్చితత్వంతో నిజ సమయంలో ఉపరితల నిర్మాణం మరియు పదనిర్మాణాన్ని పర్యవేక్షించగలదు. అయినప్పటికీ, MBE సాంకేతికతను ఉపయోగించి పెరిగిన β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లు ఇప్పటికీ తక్కువ వృద్ధి రేటు మరియు చిన్న చలనచిత్ర పరిమాణం వంటి అనేక సవాళ్లను ఎదుర్కొంటున్నాయి. వృద్ధి రేటు (010)>(001)>(−201)>(100) క్రమంలో ఉన్నట్లు అధ్యయనం కనుగొంది. 650 నుండి 750°C వరకు కొద్దిగా Ga-రిచ్ పరిస్థితుల్లో, β-Ga2O3 (010) మృదువైన ఉపరితలం మరియు అధిక వృద్ధి రేటుతో సరైన వృద్ధిని ప్రదర్శిస్తుంది. ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి, β-Ga2O3 ఎపిటాక్సీ 0.1 nm RMS కరుకుదనంతో విజయవంతంగా సాధించబడింది. β-Ga2O3 గా-రిచ్ వాతావరణంలో, వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పెరిగిన MBE ఫిల్మ్‌లు చిత్రంలో చూపబడ్డాయి. నవల క్రిస్టల్ టెక్నాలజీ Inc. విజయవంతంగా 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE పొరలను ఎపిటాక్సియల్‌గా ఉత్పత్తి చేసింది. అవి 500 μm మరియు XRD FWHM 150 ఆర్క్ సెకన్ల కంటే తక్కువ మందంతో అధిక నాణ్యత (010) ఆధారిత β-Ga2O3 సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను అందిస్తాయి. సబ్‌స్ట్రేట్ Sn డోప్డ్ లేదా Fe డోప్ చేయబడింది. Sn-డోప్డ్ కండక్టివ్ సబ్‌స్ట్రేట్ 1E18 నుండి 9E18cm−3 వరకు డోపింగ్ గాఢతను కలిగి ఉంటుంది, అయితే ఐరన్-డోప్డ్ సెమీ-ఇన్సులేటింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్ 10E10 Ω cm కంటే ఎక్కువ రెసిస్టివిటీని కలిగి ఉంటుంది.

2.2 MOCVD పద్ధతి

MOCVD సన్నని ఫిల్మ్‌లను పెంచడానికి మెటల్ ఆర్గానిక్ సమ్మేళనాలను పూర్వగామి పదార్థాలుగా ఉపయోగిస్తుంది, తద్వారా పెద్ద ఎత్తున వాణిజ్య ఉత్పత్తిని సాధిస్తుంది. MOCVD పద్ధతిని ఉపయోగించి Ga2O3ని పెంచుతున్నప్పుడు, ట్రైమెథైల్‌గాలియం (TMGa), ట్రైథైల్‌గాలియం (TEGa) మరియు Ga (డిపెంటైల్ గ్లైకాల్ ఫార్మేట్) సాధారణంగా Ga మూలంగా ఉపయోగించబడతాయి, అయితే H2O, O2 లేదా N2O ఆక్సిజన్ మూలంగా ఉపయోగించబడతాయి. ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి పెరుగుదలకు సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతలు (>800°C) అవసరం. ఈ సాంకేతికత తక్కువ క్యారియర్ ఏకాగ్రత మరియు అధిక మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీని సాధించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, కాబట్టి ఇది అధిక-పనితీరు గల β-Ga2O3 పవర్ పరికరాల యొక్క సాక్షాత్కారానికి గొప్ప ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉంది. MBE వృద్ధి పద్ధతితో పోలిస్తే, MOCVD అధిక-ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల మరియు రసాయన ప్రతిచర్యల లక్షణాల కారణంగా β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌ల యొక్క అధిక వృద్ధి రేటును సాధించే ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది.

మూర్తి 7 β-Ga2O3 (010) AFM చిత్రం

మూర్తి 8 β-Ga2O3 హాల్ మరియు ఉష్ణోగ్రత ద్వారా కొలవబడిన μ మరియు షీట్ నిరోధకత మధ్య సంబంధం

2.3 HVPE పద్ధతి

HVPE అనేది పరిపక్వ ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీ మరియు III-V సమ్మేళనం సెమీకండక్టర్స్ యొక్క ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది. HVPE దాని తక్కువ ఉత్పత్తి వ్యయం, వేగవంతమైన వృద్ధి రేటు మరియు అధిక ఫిల్మ్ మందంతో ప్రసిద్ధి చెందింది. HVPEβ-Ga2O3 సాధారణంగా కఠినమైన ఉపరితల స్వరూపాన్ని మరియు ఉపరితల లోపాలు మరియు గుంటల అధిక సాంద్రతను ప్రదర్శిస్తుందని గమనించాలి. అందువల్ల, పరికరాన్ని తయారు చేయడానికి ముందు రసాయన మరియు యాంత్రిక పాలిషింగ్ ప్రక్రియలు అవసరం. β-Ga2O3 ఎపిటాక్సీ కోసం HVPE సాంకేతికత సాధారణంగా (001) β-Ga2O3 మాతృక యొక్క అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్రతిచర్యను ప్రోత్సహించడానికి వాయు GaCl మరియు O2లను పూర్వగాములుగా ఉపయోగిస్తుంది. మూర్తి 9 ఉష్ణోగ్రత యొక్క విధిగా ఎపిటాక్సియల్ ఫిల్మ్ యొక్క ఉపరితల స్థితి మరియు పెరుగుదల రేటును చూపుతుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, జపాన్ యొక్క నవల క్రిస్టల్ టెక్నాలజీ ఇంక్. HVPE హోమోపిటాక్సియల్ β-Ga2O3లో 5 నుండి 10 μm వరకు ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం మరియు 2 మరియు 4 అంగుళాల పొర పరిమాణాలతో గణనీయమైన వాణిజ్య విజయాన్ని సాధించింది. అదనంగా, చైనా ఎలక్ట్రానిక్స్ టెక్నాలజీ గ్రూప్ కార్పొరేషన్ ఉత్పత్తి చేసిన 20 μm మందపాటి HVPE β-Ga2O3 హోమోపిటాక్సియల్ పొరలు కూడా వాణిజ్యీకరణ దశలోకి ప్రవేశించాయి.

మూర్తి 9 HVPE పద్ధతి β-Ga2O3

2.4 PLD పద్ధతి

PLD సాంకేతికత ప్రధానంగా కాంప్లెక్స్ ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌లు మరియు హెటెరోస్ట్రక్చర్‌లను డిపాజిట్ చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. PLD వృద్ధి ప్రక్రియలో, ఫోటాన్ శక్తి ఎలక్ట్రాన్ ఉద్గార ప్రక్రియ ద్వారా లక్ష్య పదార్థానికి జతచేయబడుతుంది. MBEకి విరుద్ధంగా, PLD మూల కణాలు అత్యంత అధిక శక్తితో (>100 eV) లేజర్ రేడియేషన్ ద్వారా ఏర్పడతాయి మరియు తదనంతరం వేడిచేసిన ఉపరితలంపై జమ చేయబడతాయి. అయినప్పటికీ, అబ్లేషన్ ప్రక్రియలో, కొన్ని అధిక-శక్తి కణాలు నేరుగా పదార్థ ఉపరితలంపై ప్రభావం చూపుతాయి, పాయింట్ లోపాలను సృష్టిస్తాయి మరియు తద్వారా ఫిల్మ్ నాణ్యతను తగ్గిస్తుంది. MBE పద్ధతి వలె, PLD β-Ga2O3 నిక్షేపణ ప్రక్రియలో నిజ సమయంలో పదార్థం యొక్క ఉపరితల నిర్మాణం మరియు పదనిర్మాణాన్ని పర్యవేక్షించడానికి RHEED ఉపయోగించబడుతుంది, పరిశోధకులు వృద్ధి సమాచారాన్ని ఖచ్చితంగా పొందేందుకు వీలు కల్పిస్తుంది. PLD పద్ధతి అత్యంత వాహక β-Ga2O3 ఫిల్మ్‌లను పెంచుతుందని భావిస్తున్నారు, ఇది Ga2O3 పవర్ పరికరాలలో ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన ఓమిక్ కాంటాక్ట్ సొల్యూషన్‌గా మారుతుంది.

Si డోప్డ్ Ga2O3 యొక్క మూర్తి 10 AFM చిత్రం

2.5 MIST-CVD పద్ధతి

MIST-CVD అనేది సాపేక్షంగా సరళమైన మరియు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన సన్నని ఫిల్మ్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ. ఈ CVD పద్ధతిలో సన్నని చలనచిత్ర నిక్షేపణను సాధించడానికి ఒక అటామైజ్డ్ పూర్వగామిని ఉపరితలంపై చల్లడం యొక్క ప్రతిచర్య ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, ఇప్పటివరకు, పొగమంచు CVDని ఉపయోగించి పెరిగిన Ga2O3 ఇప్పటికీ మంచి విద్యుత్ లక్షణాలను కలిగి లేదు, ఇది భవిష్యత్తులో మెరుగుదల మరియు ఆప్టిమైజేషన్ కోసం చాలా స్థలాన్ని వదిలివేస్తుంది.