Nîvconduktorên bandgap (WBG) yên ku ji hêla silicon carbide (SiC) û galium nitride (GaN) ve têne temsîl kirin, bala berfireh kişandine. Mirov ji bo perspektîfên serîlêdana karbîd silicon di wesayîtên elektrîkê û torên elektrîkê de, û hem jî perspektîfên serîlêdana nîtrîda galium di barkirina bilez de hêviyên mezin hene. Di van salên dawî de, lêkolîna li ser materyalên Ga2O3, AlN û almas pêşkeftinek girîng çêkiriye, ku materyalên nîvconductor bandgap ultra-berfireh dike cihê balê. Di nav wan de, galium oxide (Ga2O3) materyalek nîvconduktorê ultra-berfireh e ku bi valahiyek band 4,8 eV, hêza qada hilweşîna krîtîk a teorîkî ya bi qasî 8 MV cm-1, leza têrbûnê ya bi qasî 2E7cm s-1, ye. û faktorek kalîteya Baliga ya bilind a 3000, di warê bilind de bala berfireh distîne voltaja û elektronîk hêza frekansa bilind.
1. Taybetmendiyên materyalê oksîdê galium
Ga2O3 xwedan valahiyek bandê ya mezin (4.8 eV), tê çaverê kirin ku hem voltaja berxwedêriya bilind û hem jî kapasîteyên hêza bilind bi dest bixe, û dikare bibe xwediyê potansiyela adaptasyona voltaja bilind di berxwedana nisbeten kêm de, ku wan dike navenda lêkolîna heyî. Wekî din, Ga2O3 ne tenê xwedan taybetmendiyên maddî yên hêja ye, lê di heman demê de cûrbecûr teknolojiyên dopîngê yên tîpa n-ya ku bi hêsanî têne guheztin, û her weha teknolojiyên mezinbûna substratê ya lêçûn û teknolojiyên epîtaksiyê jî peyda dike. Heya nuha, pênc qonaxên krîstal ên cihêreng di Ga2O3 de hatine keşfkirin, di nav de qonaxên korundum (α), monoklînîk (β), spinel (γ), kub (δ) û ortorhombîk (ɛ). Îstîqrara termodînamîk, bi rêz, γ, δ, α, ɛ û β ne. Hêjayî gotinê ye ku β-Ga2O3 monoklînîk herî bi îstîqrar e, nemaze di germahiyên bilind de, dema ku qonaxên din li jor germahiya odeyê metastable in û meyla dikin ku di bin şert û mercên germî yên taybetî de veguherînin qonaxa β. Ji ber vê yekê, pêşkeftina cîhazên-based β-Ga2O3 di salên dawî de di warê elektronîkî ya hêzê de bûye mijarek sereke.
Tablo 1 Berawirdkirina hin pîvanên maddî yên nîvconductor
Struktura krîstal a monoclinicβ-Ga2O3 di tabloya 1-ê de tê xuyang kirin. Parametreyên tora wê a = 12,21 Å, b = 3,04 Å, c = 5,8 Å, û β = 103,8 ° hene. Xaneya yekîneyê ji atomên Ga(I) bi koordînasyona tetrahedral a zivirî û ji atomên Ga(II) bi koordînasyona octahedral pêk tê. Sê rêzikên cihêreng ên atomên oksîjenê di rêzika "kubika zirav" de hene, di nav de du atomên O(I) û O(II) yên sêgoşeyî hevrêzkirî û yek atomek O(III) bi çargoşeyî hevrêzkirî jî hene. Kombûna van her du cûreyên hevrêziya atomê dibe sedema anizotropiya β-Ga2O3 bi taybetmendiyên taybetî yên di fîzîkê, korozyona kîmyewî, optîk û elektronîkî de.
Figure 1 Diyagrama avahîsaziya şematîkî ya krîstala β-Ga2O3 monoklînîk
Ji perspektîfa teoriya bandê ya enerjiyê, nirxa herî hindik a bandê veguheztinê ya β-Ga2O3 ji rewşa enerjiyê ya ku bi rêgeha hîbrîd 4s0 ya atoma Ga re têkildar e, tê wergirtin. Cûdahiya enerjiyê di navbera nirxa hindiktirîn a bandê veguheztinê û asta enerjiya valahiya (enerjiya pêwendiya elektronê) tê pîvandin. 4 eV ye. Girseya elektronê ya bi bandor a β-Ga2O3 wekî 0,28-0,33 me û guheztina wê ya elektronîkî ya xweş tê pîvandin. Lêbelê, herî zêde bandê valence kelekek Ek hûrgelî ya bi keviya pir nizm û orbitalên O2p yên bi hêz xwemalî nîşan dide, ku destnîşan dike ku qul bi kûrahî herêmî ne. Van taybetmendiyan ji bo bidestxistina doping-a-type di β-Ga2O3 de pirsgirêkek mezin derdixe holê. Heçî dopînga P-type dikare were bidestxistin, qulika μ di astek pir nizm de dimîne. 2. Mezinbûna yek-krîstala oksîtê ya galium-ê ya girseyî Heya nuha, rêbaza mezinbûna β-Ga2O3 substrata yek-krîstalê ya girseyê bi gelemperî rêbaza kişandina krîstal e, wekî Czochralski (CZ), rêbaza xwarina fîlima zirav-diyarkirî (Edge -Fîlm-fedkirî ya diyarkirî , EFG), Bridgman (Bridgman rtical an horîzontal, HB an VB) û qada floating Teknolojiya (herêma herikîn, FZ). Di nav hemî rêbazan de, Czochralski û awayên xwarina fîlima nazik a bi xêzkirî tê pêşbînîkirin ku di pêşerojê de bibin rêyên herî hêvîdar ji bo hilberîna girseyî ya waferên β-Ga 2O3 di pêşerojê de, ji ber ku ew dikarin di heman demê de cildên mezin û kêmbûna kêmasiyan bi dest bixin. Heya nuha, Teknolojiya Novel Crystal ya Japonî matrixek bazirganî ya ji bo mezinbûna helandinê β-Ga2O3 fêm kiriye.
1.1 Rêbaza Czochralski
Prensîba rêbaza Czochralski ev e ku tebeqeya tovê pêşî tê pêçandin, û dûv re yek krîstal hêdî hêdî ji helandinê tê derxistin. Rêbaza Czochralski ji bo β-Ga2O3 her ku diçe girîngtir e ji ber lêçûn-bandorbûna wê, kapasîteyên mezinahiya wê, û mezinbûna substratê ya kalîteya krîstalê ya bilind. Lêbelê, ji ber stresa germî ya di dema mezinbûna Ga2O3 ya germahiya bilind de, dê evaporkirina krîstalên yekbûyî, materyalên helandinê, û zirarê li kerba Ir çêbibe. Ev encama dijwariya bidestxistina dopîngê ya nizm-n di Ga2O3 de ye. Danasîna mîqdarek guncaw a oksîjenê di atmosfera mezinbûnê de yek rêyek ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê ye. Bi xweşbîniyê, β-Ga2O3-a 2-inch-a-kalîteya bilind ya bi rêjeyek kombûna elektronek belaş 10^16~10^19 cm-3 û dendika elektronê ya herî zêde 160 cm2/Vs bi rêbaza Czochralski bi serfirazî mezin bûye.
Figure 2 Yek krîstal a β-Ga2O3 ku bi rêbaza Czochralski mezin bûye
1.2 Rêbaza xwarina fîlimê ya pênaskirî
Rêbaza xwarina fîlima nazik a ku ji alîkî ve hatî diyar kirin ji bo hilberîna bazirganî ya materyalên yek-krîstalî yên Ga2O3-a qadeke mezin tê hesibandin. Prensîba vê rêbazê ew e ku helandinê di qalibekî bi şiklê kapîlar de were danîn, û helîn bi çalakiya kapîlar ber bi qalibê ve bilind dibe. Li jor, fîlimek zirav çêdibe û di her alî de belav dibe dema ku ji hêla krîstala tovê ve tê kristalîzekirin. Digel vê yekê, keviyên jora qalibê dikarin werin kontrol kirin da ku krîstalan di pelik, lûle, an geometrîyek xwestî de hilberînin. Rêbaza xwarina fîlima nazik a ku ji hêla Ga2O3 ve hatî destnîşan kirin rêjeyên mezinbûna bilez û tîrêjên mezin peyda dike. Xiflteya 3 diagrama yek krîstalek β-Ga2O3 nîşan dide. Wekî din, di warê pîvana pîvanê de, substratên β-Ga2O3 2-inch û 4-inch bi zelalî û yekrengiya hêja hatine bazirganîkirin, dema ku substrata 6-inch di lêkolînê de ji bo bazirganiya pêşerojê tê destnîşan kirin. Di van demên dawî de, materyalên girseya yek-krîstalê yên dorhêl ên mezin jî bi arastekirina (-201) peyda bûne. Digel vê yekê, rêbaza xwarina fîlimê ya bi qeraxa β-Ga2O3 di heman demê de dopîngkirina hêmanên metal ên veguhêz jî pêşve dike, lêkolîn û amadekirina Ga2O3 gengaz dike.
Figure 3 b-Ga2O3 yek krîstal ku bi rêbaza xwarina fîlimê ya xêzkirî hatî mezin kirin
1.3 Rêbaza Bridgeman
Di rêbaza Bridgeman de, krîstal di kevçîyek ku hêdî hêdî di nav deverek germahiyê de tê guheztin çêdibin. Pêvajo dikare di rêgezek horizontî an jî vertîkal de were kirin, bi gelemperî kulikek zivirî bikar tîne. Hêjayî gotinê ye ku ev rêbaz dibe ku tovên krîstal bikar bîne an jî nekare. Operatorên kevneşopî yên Bridgman nebûna dîmendera rasterast a pêvajoyên helandinê û mezinbûna krîstalê ne û pêdivî ye ku germahiyên bi rastbûna bilind kontrol bikin. Rêbaza Bridgman ya vertîkal bi gelemperî ji bo mezinbûna β-Ga2O3 tê bikar anîn û ji ber şiyana xwe ya mezinbûna li hawîrdorek hewayê tê zanîn. Di dema pêvajoya mezinbûna rêbaza Bridgman-a vertîkal de, windabûna girseya tevayî ya helandin û keresteyê di binê %1 de tê hiştin ku mezinbûna krîstalên β-Ga2O3 yên mezin bi windabûna hindiktirîn re gengaz dike.
Figure 4 Yek krîstal a β-Ga2O3 ku bi rêbaza Bridgeman mezin bûye
1.4 Rêbaza qada floating
Rêbaza devera herikîn pirsgirêka gemarbûna krîstal ji hêla materyalên xapînok ve çareser dike û lêçûnên bilind ên ku bi keriyên infrared ên berxwedêr ên germahiya bilind ve girêdayî ne kêm dike. Di vê pêvajoya mezinbûnê de, met dikare ji hêla ronahiyek ji çavkaniyek RF-ê ve were germ kirin, bi vî rengî hewcedariyên ji bo alavên mezinbûnê hêsan dike. Her çend şekl û qalîteya krîstal a β-Ga2O3 ya ku bi rêbaza devera hêlînê ve hatî mezin kirin hîn ne çêtirîn e, ev rêbaz rêbazek sozdar vedike ji bo mezinbûna β-Ga2O3-a paqijiya bilind li krîstalên yekbûyî yên budceyê.
Figure 5 b-Ga2O3 yek krîstal a ku bi rêbaza devera herikîn mezin bûye.
Dema şandinê: Gulan-30-2024