Wide bandgap (WBG) semi-conducteurs ki reprezante pa carbure Silisyòm (SiC) ak nitrure Galyòm (GaN) te resevwa atansyon toupatou. Moun gen gwo atant pou kandida aplikasyon carbure Silisyòm nan machin elektrik ak griy pouvwa, osi byen ke kandida aplikasyon nitrure Galyòm nan chaje vit. Nan dènye ane yo, rechèch sou Ga2O3, AlN ak materyèl dyaman te fè pwogrè siyifikatif, fè materyèl semiconductor ultra-lajè bandgap konsantre nan atansyon. Pami yo, oksid Galyòm (Ga2O3) se yon émergentes ultra-wide-bandgap semi-conducteurs materyèl ak yon espas bann nan 4.8 eV, yon fòs teyorik kritik pann jaden nan apeprè 8 MV cm-1, yon vitès saturation nan apeprè 2E7cm s-1, ak yon faktè bon jan kalite segondè Baliga nan 3000, k ap resevwa atansyon toupatou nan jaden an nan vòltaj segondè ak pouvwa frekans segondè. elektwonik.
1. Karakteristik materyèl oksid Galyòm
Ga2O3 gen yon gwo espas (4.8 eV), espere reyalize tou de gwo vòltaj kenbe tèt ak kapasite segondè pouvwa, epi li ka gen potansyèl la pou adaptabilite segondè vòltaj nan rezistans relativman ba, fè yo konsantre nan rechèch aktyèl la. Anplis de sa, Ga2O3 pa sèlman gen pwopriyete materyèl ekselan, men tou, bay yon varyete de teknoloji dopaj n-tip fasil reglabl, osi byen ke kwasans substra a pri ki ba ak teknoloji epitaksi. Jiskaprezan, senk faz kristal diferan yo te dekouvri nan Ga2O3, ki gen ladan korundon (α), monoklinik (β), spinèl ki defektye (γ), kib (δ) ak orthorhombic (ɛ). Estabilite tèmodinamik yo, nan lòd, γ, δ, α, ɛ, ak β. Li se vo anyen ke monoklinik β-Ga2O3 se pi estab nan, espesyalman nan tanperati ki wo, pandan y ap lòt faz yo metastab pi wo a tanperati chanm ak yo gen tandans transfòme nan faz nan β nan kondisyon espesifik tèmik. Se poutèt sa, devlopman nan aparèy ki baze sou β-Ga2O3 te vin tounen yon gwo konsantre nan jaden an nan elektwonik pouvwa nan dènye ane yo.
Tablo 1 Konparezon kèk paramèt materyèl semi-conducteurs
Estrikti kristal monoclinicβ-Ga2O3 yo montre nan Tablo 1. Paramèt lasi li yo enkli a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, ak β = 103.8°. Selil inite a konsiste de atòm Ga(I) ak kowòdinasyon tetraedral trese ak atòm Ga (II) ak kowòdinasyon oktaedrik. Gen twa aranjman diferan nan atòm oksijèn nan etalaj la "kib trese", ki gen ladan de atòm O (I) ak O (II) kowòdone triyangilè ak yon atòm O (III) kowòdone tetraedral. Konbinezon de kalite kowòdinasyon atomik sa yo mennen nan anisotropi β-Ga2O3 ak pwopriyete espesyal nan fizik, korozyon chimik, optik ak elektwonik.
Figi 1 Dyagram estriktirèl chematik monoklinik kristal β-Ga2O3
Soti nan pèspektiv nan teyori bann enèji, valè minimòm nan bann kondiksyon nan β-Ga2O3 sòti nan eta enèji ki koresponn ak òbit ibrid 4s0 nan atòm Ga. Yo mezire diferans enèji ant valè minimòm gwoup kondiksyon an ak nivo enèji vakyòm (enèji afinite elèktron). se 4 eV. Mas elèktron efikas nan β-Ga2O3 mezire kòm 0.28-0.33 me ak favorab konduktiviti elektwonik li yo. Sepandan, maksimòm gwoup valens la montre yon koub Ek ki pa fon ak koub ki ba anpil ak òbital O2p fòtman lokalize, sa ki sijere ke twou yo lokalize pwofondman. Karakteristik sa yo poze yon gwo defi pou reyalize dopaj p-tip nan β-Ga2O3. Menm si P-tip dopaj ka reyalize, twou μ a rete nan yon nivo ki ba anpil. 2. Kwasans en oksid Galyòm sèl kristal Se konsa, lwen, metòd kwasans lan nan β-Ga2O3 en sèl kristal substrate se sitou kristal rale metòd, tankou Czochralski (CZ), kwen-defini mens fim metòd manje (Edge -Defini fim-fed). , EFG), Bridgman (rtical oswa orizontal Bridgman, HB oswa VB) ak zòn k ap flote (zòn k ap flote, FZ) teknoloji. Pami tout metòd, Czochralski ak kwen ki defini metòd mens-fim manje espere yo dwe avni ki pi pwomèt pou pwodiksyon an mas nan β-Ga 2O3 wafers nan tan kap vini an, menm jan yo ka ansanm reyalize gwo volim ak dansite defo ki ba. Jiska kounye a, Teknoloji Novel Crystal Japon an reyalize yon matris komèsyal pou kwasans fonn β-Ga2O3.
1.1 metòd Czochralski
Prensip la nan metòd Czochralski se ke kouch grenn nan premye kouvri, ak Lè sa a, se kristal la sèl tou dousman rale soti nan fonn lan. Metòd Czochralski la de pli zan pli enpòtan pou β-Ga2O3 akòz pri-efikasite li yo, kapasite gwo gwosè, ak kwasans substrate bon jan kalite kristal. Sepandan, akòz estrès tèmik pandan kwasans tanperati ki wo nan Ga2O3, evaporasyon nan kristal sèl, materyèl fonn, ak domaj nan Creze Ir a pral rive. Sa a se yon rezilta nan difikilte pou reyalize dopaj n-tip ki ba nan Ga2O3. Entwodwi yon kantite apwopriye oksijèn nan atmosfè kwasans lan se yon fason pou rezoud pwoblèm sa a. Atravè optimize, β-Ga2O3-wo kalite 2-pous ak yon seri elèktron konsantrasyon gratis nan 10 ^ 16 ~ 10 ^ 19 cm-3 ak yon dansite elektwon maksimòm de 160 cm2 / Vs te avèk siksè grandi pa metòd la Czochralski.
Figi 2 Single kristal β-Ga2O3 grandi pa metòd Czochralski
1.2 Edge-defini metòd manje fim
Metòd manje fim mens ki defini kwen an konsidere kòm konkiran dirijan pou pwodiksyon komèsyal gwo materyèl Ga2O3 kristal sèl. Prensip metòd sa a se mete fizyon an nan yon mwazi ak yon fant kapilè, ak fonn lan monte nan mwazi an atravè aksyon kapilè. Nan tèt la, yon fim mens fòme ak gaye nan tout direksyon pandan y ap pwovoke kristalize pa kristal grenn nan. Anplis de sa, bor yo nan tèt mwazi an ka kontwole yo pwodwi kristal nan flak, tib, oswa nenpòt jeyometri vle. Metòd manje fim mens ki defini kwen nan Ga2O3 bay to kwasans rapid ak gwo dyamèt. Figi 3 montre yon dyagram yon sèl kristal β-Ga2O3. Anplis de sa, an tèm de echèl gwosè, substra β-Ga2O3 2-pous ak 4-pous ak transparans ekselan ak inifòmite yo te komèsyalize, pandan y ap substra a 6-pous demontre nan rechèch pou komèsyalizasyon nan lavni. Dènyèman, gwo materyèl sikilè sèl-kristal yo te vin disponib tou ak oryantasyon (-201). Anplis de sa, metòd manje fim β-Ga2O3 ki defini kwen tou fè pwomosyon dopaj nan eleman metal tranzisyon, fè rechèch la ak preparasyon Ga2O3 posib.
Figi 3 β-Ga2O3 sèl kristal grandi pa metòd manje fim ki defini kwen.
1.3 Bridgeman metòd
Nan metòd Bridgeman, kristal yo fòme nan yon kreze ki piti piti deplase atravè yon gradyan tanperati. Pwosesis la ka fèt nan yon oryantasyon orizontal oswa vètikal, anjeneral, lè l sèvi avèk yon kreze wotasyon. Li se vo anyen ke metòd sa a ka oswa pa ka sèvi ak grenn kristal. Operatè Bridgman tradisyonèl yo manke vizyalizasyon dirèk nan pwosesis k ap fonn ak kwasans kristal yo epi yo dwe kontwole tanperati ak gwo presizyon. Metòd Bridgman vètikal la sitou itilize pou kwasans β-Ga2O3 epi li konnen kapasite li pou grandi nan yon anviwònman lè. Pandan pwosesis kwasans vètikal metòd Bridgman la, pèt total mas fonn ak crucible kenbe pi ba pase 1%, sa ki pèmèt kwasans gwo kristal sèl β-Ga2O3 ak pèt minim.
Figi 4 Single kristal β-Ga2O3 grandi pa metòd Bridgeman
1.4 Metòd zòn k ap flote
Metòd k ap flote zòn nan rezoud pwoblèm nan kontaminasyon kristal pa materyèl crucible ak diminye gwo depans ki asosye ak tanperati ki wo ki reziste crucible enfrawouj. Pandan pwosesis kwasans sa a, fizyon an ka chofe pa yon lanp olye ke yon sous RF, kidonk senplifye kondisyon yo pou ekipman kwasans. Malgre ke fòm ak bon jan kalite kristal nan β-Ga2O3 grandi pa metòd la zòn k ap flote yo poko pi bon, metòd sa a louvri moute yon metòd pwomèt pou grandi pite-wo β-Ga2O3 nan kristal zanmitay bidjè sèl.
Figi 5 β-Ga2O3 sèl kristal grandi pa metòd zòn k ap flote.
Tan poste: Me-30-2024