Tá aird fhorleathan tugtha ar leathsheoltóirí bandgap leathan (WBG) arna léiriú ag carbíd sileacain (SiC) agus nítríd ghailliam (GaN). Tá ionchais arda ag daoine maidir le hionchais iarratais chomhdhúile sileacain i bhfeithiclí leictreacha agus greillí cumhachta, chomh maith le hionchais iarratais nítríde Gailliam i muirearú tapa. Le blianta beaga anuas, tá dul chun cinn suntasach déanta ag taighde ar Ga2O3, AlN agus ábhair diamanta, rud a fhágann go bhfuil aird á tabhairt ar ábhair leathsheoltóra bandgap ultra-leathan. Ina measc, tá ocsaíd ghailliam (Ga2O3) ina ábhar leathsheoltóra ultra-leathan-bandgap atá ag teacht chun cinn le bearna banna de 4.8 eV, neart réimse miondealú criticiúil teoiriciúil de thart ar 8 MV cm-1, treoluas saturation de thart ar 2E7cm s-1, agus fachtóir cáilíochta Baliga ard de 3000, ag fáil aird fhorleathan i réimse na leictreonaice cumhachta ardvoltais agus ardmhinicíochta.
1. Saintréithe ábhar ocsaíd Gailiam
Tá bearna banna mór ag Ga2O3 (4.8 eV), táthar ag súil go mbainfidh sé amach cumas ardvoltais agus ardchumhachta araon, agus is féidir leis an acmhainneacht le haghaidh inoiriúnaitheacht ardvoltais ag friotaíocht réasúnta íseal, rud a fhágann go mbeidh siad mar fhócas an taighde reatha. Ina theannta sin, ní hamháin go bhfuil airíonna ábhartha den scoth ag Ga2O3, ach soláthraíonn sé freisin éagsúlacht de theicneolaíochtaí dópála n-cineál atá inchoigeartaithe go héasca, chomh maith le fás substráit ar chostas íseal agus teicneolaíochtaí epitaxy. Go dtí seo, thángthas ar chúig chéim dhifriúla criostail i Ga2O3, lena n-áirítear céimeanna corundum (α), monoclinic (β), spinel lochtach (γ), ciúbach (δ) agus céimeanna orthorhombic (ɛ). Is iad cobhsaíochtaí teirmidinimice, in ord, γ, δ, α, ɛ, agus β. Is fiú a thabhairt faoi deara go bhfuil monoclinic β-Ga2O3 an ceann is cobhsaí, go háirithe ag teochtaí arda, cé go bhfuil céimeanna eile metastable os cionn teocht an tseomra agus claonadh a aistriú isteach sa chéim β faoi choinníollacha teirmeach ar leith. Dá bhrí sin, tá forbairt feistí bunaithe ar β-Ga2O3 tar éis díriú go mór i réimse na leictreonaice cumhachta le blianta beaga anuas.
Tábla 1 Comparáid idir roinnt paraiméadair ábhar leathsheoltóra
Taispeántar struchtúr criostail monoclinicβ-Ga2O3 i dTábla 1. Áirítear ar a pharaiméadair laitíse a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, agus β = 103.8 °. Is éard atá sa chill aonaid adaimh Ga(I) a bhfuil comhordú teitrihéidreach casta orthu agus adaimh Ga(II) le comhordú ochtaihéadrach. Tá trí shocrú dhifriúla d’adaimh ocsaigine san eagar “ciúbach twisted”, lena n-áirítear dhá adamh O(I) agus O(II) atá comhordaithe go triantánach agus adamh amháin O(III) atá comhordaithe go teitrihéidreach. Mar thoradh ar an meascán den dá chineál seo de chomhordú adamhach déantar anisotrópacht β-Ga2O3 a bhfuil airíonna speisialta aige san fhisic, creimeadh ceimiceach, optaic agus leictreonaic.
Fíor 1 Léaráid struchtúrach scéimreach de chriostail monoclinic β-Ga2O3
Ó thaobh na teoirice banna fuinnimh, díorthaítear íosluach banna seoltaí β-Ga2O3 ón stát fuinnimh a fhreagraíonn d'fhithis hibrideach 4s0 an adaimh Ga. Tomhaistear an difríocht fuinnimh idir íosluach an bhanna seolta agus an leibhéal fuinnimh folúis (fuinneamh cleamhnas leictreon). tá 4 eV. Déantar mais éifeachtach leictreoin β-Ga2O3 a thomhas mar 0.28–0.33 me agus a seoltacht leictreonach fabhrach. Mar sin féin, taispeánann uasmhéid an bhanda valence cuar Ek éadomhain le cuaire an-íseal agus fithiseáin O2p go láidir logánta, rud a thugann le tuiscint go bhfuil na poill logánta go domhain. Is dúshlán ollmhór iad na tréithe seo maidir le dópáil p-chineál a bhaint amach in β-Ga2O3. Fiú más féidir dópáil de chineál P a bhaint amach, fanann an poll μ ag leibhéal an-íseal. 2. Fás criostail aonair mórchóir ocsaíd ghailliam Go dtí seo, is é modh fáis an tsubstráit criostail aonair mórchóir β-Ga2O3 modh tarraingt criostail den chuid is mó, mar shampla Czochralski (CZ), modh beathaithe scannáin tanaí atá sainithe ag imeall (Cuimeall -Defined scannán-chothaithe , EFG), teicneolaíocht Bridgman (rtical nó cothrománach Bridgman, HB nó VB) agus crios snámh (crios snámh, FZ). I measc na modhanna go léir, meastar gurb iad modhanna beathaithe scannáin tanaí Czochralski agus imeall-shainithe na bealaí is geallta do olltáirgeadh sliseog β-Ga 2O3 sa todhchaí, toisc gur féidir leo méideanna móra agus dlús íseal lochtanna a bhaint amach ag an am céanna. Go dtí seo, tá maitrís tráchtála d'fhás leá β-Ga2O3 bainte amach ag Teicneolaíocht Crystal Novel na Seapáine.
2.1 Modh Czochralski
Is é prionsabal modh Czochralski ná go gclúdaítear an ciseal síolta ar dtús, agus ansin tarraingítear an criostail aonair go mall as an leá. Tá an modh Czochralski ag éirí níos tábhachtaí do β-Ga2O3 mar gheall ar a éifeachtúlacht ó thaobh costais, cumais mhéid mór, agus fás tsubstráit ardchaighdeáin criostail. Mar sin féin, mar gheall ar strus teirmeach le linn fás ardteochta Ga2O3, tarlóidh galú criostail aonair, ábhair leá, agus damáiste don bhreogán Ir. Is toradh é seo ar an deacracht a bhaineann le dópáil n-cineál íseal a bhaint amach i Ga2O3. Bealach amháin chun an fhadhb seo a réiteach is ea méid cuí ocsaigine a thabhairt isteach san atmaisféar fáis. Trí bharrfheabhsú, d'éirigh leis an modh Czochralski β-Ga2O3 2-orlach ar ardchaighdeán le raon comhchruinnithe leictreoin saor in aisce de 10^16~10^19 cm-3 agus uasdlús leictreoin de 160 cm2/Vs a fhás.
Fíor 2 Criostail aonair de β-Ga2O3 arna fhás ag modh Czochralski
2.2 Modh beathaithe scannáin imeall-shainithe
Meastar gurb é an modh beathaithe scannáin tanaí imeall-shainithe an príomh-iomaitheoir maidir le táirgeadh tráchtála ábhair chriostail aonair Ga2O3 i limistéar mór. Is é prionsabal an mhodha seo ná an leá a chur i múnla le scoilt ribeach, agus ardaíonn an leá go dtí an múnla trí ghníomh ribeach. Ag an mbarr, foirmíonn agus leathnaíonn scannán tanaí i ngach treo agus é á spreagadh chun criostalú ag an síolchriostail. Ina theannta sin, is féidir imill an bharr múnla a rialú chun criostail a tháirgeadh i calóga, feadáin, nó aon chéimseata atá ag teastáil. Soláthraíonn an modh beathaithe scannáin tanaí imeall-shainithe de Ga2O3 rátaí fáis tapa agus trastomhais mhóra. Taispeánann Fíor 3 léaráid de chriostail singil β-Ga2O3. Ina theannta sin, i dtéarmaí scála méide, tá tráchtálú déanta ar fhoshraitheanna 2-orlach agus 4-orlach β-Ga2O3 le trédhearcacht agus aonfhoirmeacht den scoth, agus léirítear an tsubstráit 6-orlach i dtaighde le haghaidh tráchtálaithe sa todhchaí. Le déanaí, tá mórábhair chiorclacha aonchriostail ar fáil freisin le treoshuíomh (−201). Ina theannta sin, cuireann an modh beathaithe scannáin imeall-sainmhínithe β-Ga2O3 chun cinn freisin dopáil eilimintí miotail trasdula, rud a fhágann gur féidir taighde agus ullmhú Ga2O3 a dhéanamh.
Fíor 3 β-Ga2O3 criostail aonair arna fhás ag modh beathaithe scannáin imeall-shainithe
2.3 modh Bridgeman
I modh Bridgeman, cruthaítear criostail i breogán a bhogtar de réir a chéile trí ghrádán teochta. Is féidir an próiseas a dhéanamh i dtreoshuíomh cothrománach nó ingearach, ag baint úsáide as breogán rothlach de ghnáth. Is fiú a thabhairt faoi deara go bhféadfadh nó nach bhféadfadh an modh seo síolta criostail a úsáid. Tá easpa léirshamhlaithe díreach ag oibreoirí traidisiúnta Bridgman ar na próisis leá agus fáis criostail agus ní mór dóibh teochtaí a rialú le cruinneas ard. Úsáidtear modh ingearach Bridgman go príomha le haghaidh fás β-Ga2O3 agus is eol dó a chumas fás i dtimpeallacht aeir. Le linn phróiseas fáis modh Bridgman ingearach, coimeádtar caillteanas mais iomlán an leá agus an breogán faoi bhun 1%, rud a chuireann ar chumas fás criostail aonair móra β-Ga2O3 le caillteanas íosta.
Fíor 4 Criostail aonair de β-Ga2O3 arna fhás ag modh Bridgeman
2.4 Modh crios snámh
Réitíonn an modh crios snámh an fhadhb a bhaineann le héilliú criostail le hábhair bhreogán agus laghdaíonn sé na costais arda a bhaineann le breogáin infridhearg atá resistant teocht ard. Le linn an phróisis fáis seo, is féidir an leá a théamh le lampa seachas foinse RF, rud a shimpliú na ceanglais maidir le trealamh fáis. Cé nach bhfuil cruth agus cáilíocht criostail β-Ga2O3 arna fhás ag an modh crios snámh optamach fós, osclaíonn an modh seo modh geallta chun β-Ga2O3 ard-íonachta a fhás isteach i gcriostail aonair atá neamhdhíobhálach don bhuiséad.
Fíor 5 β-Ga2O3 criostail aonair arna fhás ag an modh crios snámh.
Am postála: Bealtaine-30-2024