آکسائڈائزڈ کھڑے اناج اور اپیٹیکسیل گروتھ ٹیکنالوجی-Ⅱ

2. epitaxial پتلی فلم کی ترقی

سبسٹریٹ Ga2O3 پاور ڈیوائسز کے لیے فزیکل سپورٹ لیئر یا کنڈکٹیو پرت فراہم کرتا ہے۔ اگلی اہم پرت چینل پرت یا ایپیٹیکسیل پرت ہے جو وولٹیج مزاحمت اور کیریئر ٹرانسپورٹ کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ بریک ڈاؤن وولٹیج کو بڑھانے اور ترسیل کی مزاحمت کو کم سے کم کرنے کے لیے، قابل کنٹرول موٹائی اور ڈوپنگ ارتکاز کے ساتھ ساتھ بہترین مواد کا معیار، کچھ شرائط ہیں۔ اعلی معیار کی Ga2O3 ایپیٹیکسیل تہوں کو عام طور پر مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (MBE)، دھاتی نامیاتی کیمیائی بخارات جمع (MOCVD)، ہالائیڈ ویپر ڈیپوزیشن (HVPE)، پلسڈ لیزر ڈیپوزیشن (PLD)، اور فوگ CVD پر مبنی جمع کرنے کی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے جمع کیا جاتا ہے۔

جدول 2 کچھ نمائندہ ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجیز

2.1 MBE طریقہ

MBE ٹیکنالوجی اپنے انتہائی اعلی ویکیوم ماحول اور اعلی مادی پاکیزگی کی وجہ سے قابل کنٹرول n-ٹائپ ڈوپنگ کے ساتھ اعلیٰ معیار کی، عیب سے پاک β-Ga2O3 فلمیں بنانے کی صلاحیت کے لیے مشہور ہے۔ نتیجے کے طور پر، یہ سب سے زیادہ زیر مطالعہ اور ممکنہ طور پر تجارتی β-Ga2O3 پتلی فلم جمع کرنے والی ٹیکنالوجیز میں سے ایک بن گئی ہے۔ اس کے علاوہ، MBE کے طریقہ کار نے بھی کامیابی کے ساتھ ایک اعلیٰ معیار کی، کم ڈوپڈ ہیٹرسٹرکچر β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 پتلی فلم کی تہہ تیار کی۔ ایم بی ای ریفلیکشن ہائی انرجی الیکٹران ڈفریکشن (RHEED) کا استعمال کرکے جوہری پرت کی درستگی کے ساتھ حقیقی وقت میں سطح کی ساخت اور مورفولوجی کی نگرانی کرسکتا ہے۔ تاہم، MBE ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے اگائی جانے والی β-Ga2O3 فلموں کو اب بھی بہت سے چیلنجز کا سامنا ہے، جیسے کہ کم شرح نمو اور فلم کا چھوٹا سائز۔ مطالعہ سے پتہ چلا کہ شرح نمو (010)>(001)>(−201)>(100) کی ترتیب میں تھی۔ 650 سے 750 °C کے قدرے گا سے بھرپور حالات میں، β-Ga2O3 (010) ہموار سطح اور اعلی شرح نمو کے ساتھ بہترین نشوونما کو ظاہر کرتا ہے۔ اس طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے، β-Ga2O3 ایپیٹیکسی 0.1 nm کی RMS کھردری کے ساتھ کامیابی سے حاصل کی گئی۔ β-Ga2O3 Ga سے بھرپور ماحول میں، مختلف درجہ حرارت پر اگنے والی MBE فلموں کو تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ نوول کرسٹل ٹیکنالوجی انکارپوریشن نے کامیابی کے ساتھ 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE ویفرز تیار کیے ہیں۔ وہ 500 μm اور XRD FWHM 150 آرک سیکنڈ سے کم موٹائی کے ساتھ اعلیٰ معیار (010) اورینٹڈ β-Ga2O3 سنگل کرسٹل سبسٹریٹس فراہم کرتے ہیں۔ سبسٹریٹ Sn ڈوپڈ یا Fe ڈوپڈ ہے۔ Sn-doped conductive substrate میں 1E18 سے 9E18cm−3 کا ڈوپنگ ارتکاز ہوتا ہے، جبکہ آئرن ڈوپڈ نیم موصل سبسٹریٹ میں 10E10 Ω سینٹی میٹر سے زیادہ مزاحمتی صلاحیت ہوتی ہے۔

2.2 MOCVD طریقہ

MOCVD پتلی فلموں کو اگانے کے لیے دھاتی نامیاتی مرکبات کو پیشگی مواد کے طور پر استعمال کرتا ہے، اس طرح بڑے پیمانے پر تجارتی پیداوار حاصل ہوتی ہے۔ MOCVD طریقہ استعمال کرتے ہوئے Ga2O3 کو اگاتے وقت، trimethylgallium (TMGa)، triethylgallium (TEGa) اور Ga (dipentyl glycol formate) کو عام طور پر Ga ماخذ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جبکہ H2O، O2 یا N2O کو آکسیجن کے ذریعہ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ اس طریقہ کو استعمال کرتے ہوئے نمو کے لیے عام طور پر اعلی درجہ حرارت (>800 °C) کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس ٹیکنالوجی میں کم کیریئر ارتکاز اور اعلی اور کم درجہ حرارت کے الیکٹران کی نقل و حرکت حاصل کرنے کی صلاحیت ہے، لہذا یہ اعلی کارکردگی والے β-Ga2O3 پاور ڈیوائسز کے حصول کے لیے بہت اہمیت کی حامل ہے۔ MBE نمو کے طریقہ کار کے مقابلے میں، MOCVD کو β-Ga2O3 فلموں کی بہت زیادہ شرح نمو حاصل کرنے کا فائدہ ہے جس کی وجہ اعلی درجہ حرارت کی ترقی اور کیمیائی رد عمل کی خصوصیات ہیں۔

شکل 7 β-Ga2O3 (010) AFM تصویر

تصویر 8 β-Ga2O3 ہال اور درجہ حرارت سے ماپا گیا μ اور شیٹ مزاحمت کے درمیان تعلق

2.3 HVPE طریقہ

HVPE ایک پختہ ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجی ہے اور III-V کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز کی اپیٹیکسیل نمو میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی رہی ہے۔ HVPE اپنی کم پیداواری لاگت، تیز رفتار ترقی کی شرح، اور اعلی فلم کی موٹائی کے لیے جانا جاتا ہے۔ واضح رہے کہ HVPEβ-Ga2O3 عام طور پر سطح کی کھردری شکل اور سطحی نقائص اور گڑھوں کی اعلی کثافت کو ظاہر کرتا ہے۔ لہذا، آلے کو تیار کرنے سے پہلے کیمیائی اور مکینیکل پالش کرنے کے عمل کی ضرورت ہوتی ہے۔ β-Ga2O3 epitaxy کے لیے HVPE ٹیکنالوجی عام طور پر (001) β-Ga2O3 میٹرکس کے اعلی درجہ حرارت کے رد عمل کو فروغ دینے کے لیے گیسی GaCl اور O2 کو پیشگی کے طور پر استعمال کرتی ہے۔ شکل 9 درجہ حرارت کے کام کے طور پر ایپیٹیکسیل فلم کی سطح کی حالت اور ترقی کی شرح کو ظاہر کرتی ہے۔ حالیہ برسوں میں، جاپان کے ناول کرسٹل ٹیکنالوجی انکارپوریشن نے HVPE homoepitaxial β-Ga2O3 میں نمایاں تجارتی کامیابی حاصل کی ہے، جس میں ایپیٹیکسیل تہہ کی موٹائی 5 سے 10 μm اور ویفر سائز 2 اور 4 انچ ہے۔ اس کے علاوہ، چائنا الیکٹرانکس ٹیکنالوجی گروپ کارپوریشن کے ذریعہ تیار کردہ 20 μm موٹے HVPE β-Ga2O3 ہوموپیٹاکسیل ویفرز بھی کمرشلائزیشن کے مرحلے میں داخل ہو چکے ہیں۔

شکل 9 HVPE طریقہ β-Ga2O3

2.4 PLD طریقہ

PLD ٹیکنالوجی بنیادی طور پر پیچیدہ آکسائڈ فلموں اور heterostructures کو جمع کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے. PLD کی ترقی کے عمل کے دوران، فوٹوون توانائی کو الیکٹران کے اخراج کے عمل کے ذریعے ہدف کے مواد سے جوڑا جاتا ہے۔ MBE کے برعکس، PLD ماخذ ذرات انتہائی اعلی توانائی (> 100 eV) کے ساتھ لیزر تابکاری سے بنتے ہیں اور بعد میں گرم سبسٹریٹ پر جمع ہوتے ہیں۔ تاہم، ختم کرنے کے عمل کے دوران، کچھ اعلی توانائی کے ذرات براہ راست مواد کی سطح پر اثر انداز ہوں گے، نقطہ نقائص پیدا کریں گے اور اس طرح فلم کے معیار کو کم کریں گے۔ MBE طریقہ کی طرح، RHEED کا استعمال PLD β-Ga2O3 جمع کرنے کے عمل کے دوران مواد کی سطحی ساخت اور شکلیات کی اصل وقت میں نگرانی کے لیے کیا جا سکتا ہے، جس سے محققین درست طریقے سے ترقی کی معلومات حاصل کر سکتے ہیں۔ پی ایل ڈی کے طریقہ کار سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ انتہائی کوندکٹو β-Ga2O3 فلموں میں اضافہ کرے گا، جس سے یہ Ga2O3 پاور ڈیوائسز میں ایک بہترین اوہمک رابطہ حل بن جائے گا۔

سی ڈوپڈ Ga2O3 کی تصویر 10 AFM تصویر

2.5 MIST-CVD طریقہ

MIST-CVD نسبتاً آسان اور سستی پتلی فلم گروتھ ٹیکنالوجی ہے۔ اس CVD طریقہ میں پتلی فلم جمع کرنے کے لیے سبسٹریٹ پر ایٹمائزڈ پیشگی چھڑکنے کا رد عمل شامل ہے۔ تاہم، اب تک، مسٹ CVD کا استعمال کرتے ہوئے اگائے جانے والے Ga2O3 میں اب بھی اچھی برقی خصوصیات کی کمی ہے، جس کی وجہ سے مستقبل میں بہتری اور اصلاح کے لیے کافی گنجائش باقی ہے۔