Wide Bandgap (WBG) Hallefleit vertruede vu Siliziumkarbid (SiC) a Galliumnitrid (GaN) hu wäit verbreet Opmierksamkeet kritt. D'Leit hunn héich Erwaardunge fir d'Applikatiounsperspektive vu Siliziumkarbid an elektresche Gefierer a Stroumnetz, souwéi d'Applikatiounsperspektive vu Galliumnitrid a séier Laden. An de leschte Joeren huet d'Fuerschung iwwer Ga2O3, AlN an Diamantmaterialien bedeitend Fortschrëtter gemaach, wat ultra breet Bandgap Hallefleitmaterial de Fokus vun der Opmierksamkeet mécht. Ënnert hinnen ass Galliumoxid (Ga2O3) en entstanen ultra-breet Bandgap Hallefleitmaterial mat engem Bandspalt vu 4,8 eV, eng theoretesch kritesch Decompte Feldstäerkt vu ronn 8 MV cm-1, eng Sättigungsvitesse vu ronn 2E7cm s-1, an en héije Baliga Qualitéitsfaktor vun 3000, kritt verbreet Opmierksamkeet am Beräich vun der Héichspannung an der Héicht Frequenz Muecht elektronesch.
1. Galliumoxid Material Charakteristiken
Ga2O3 huet eng grouss Band Spalt (4,8 eV), ass erwaart souwuel héich Widderstänn Volt an héich Muecht Kënnen ze erreechen, a kann d'Potenzial fir héich Volt Adaptatioun op relativ niddereg Resistenz hunn, mécht hinnen de Schwéierpunkt vun aktuell Fuerschung. Zousätzlech huet Ga2O3 net nëmmen exzellent Materialeigenschaften, awer bitt och eng Vielfalt vu liicht justierbaren n-Typ Dopingtechnologien, wéi och Low-Cost Substratwachstum an Epitaxy Technologien. Bis elo si fënnef verschidde Kristallphasen am Ga2O3 entdeckt ginn, dorënner Korund (α), monoklinesch (β), defekt Spinel (γ), kubesch (δ) an orthorhombesch (ɛ) Phasen. Thermodynamesch Stabilitéit sinn, an Uerdnung, γ, δ, α, ɛ a β. Et ass derwäert ze bemierken datt monoklinesch β-Ga2O3 déi stabilst ass, besonnesch bei héijen Temperaturen, während aner Phasen metastabil iwwer Raumtemperatur sinn an tendéieren an d'β Phase ënner spezifesche thermesche Bedéngungen ze transforméieren. Dofir ass d'Entwécklung vu β-Ga2O3-baséiert Geräter an de leschte Joeren e grousse Fokus am Beräich vun der Kraaftelektronik ginn.
Dësch 1 Verglach vun e puer semiconductor Material Parameteren
D'Kristallstruktur vu monoklinesche β-Ga2O3 gëtt an der Tabell 1 gewisen. Seng Gitterparameter enthalen a = 12,21 Å, b = 3,04 Å, c = 5,8 Å, an β = 103,8 °. D'Eenheetszell besteet aus Ga (I) Atomer mat verdrësster tetrahedrescher Koordinatioun a Ga (II) Atomer mat octahedral Koordinatioun. Et ginn dräi verschidden Arrangementer vu Sauerstoffatome an der "verdréinter kubescher" Array, dorënner zwee dräieckeg koordinéiert O(I) an O(II) Atomer an een tetrahedresch koordinéiert O(III) Atom. D'Kombinatioun vun dësen zwou Aarte vun atomarer Koordinatioun féiert zu der Anisotropie vum β-Ga2O3 mat speziellen Eegeschaften an der Physik, der chemescher Korrosioun, der Optik an der Elektronik.
Figur 1 Schematesch Strukturdiagramm vum monoklinesche β-Ga2O3 Kristall
Aus der Perspektiv vun der Energiebandtheorie gëtt de Minimumwäert vun der Leedungsband vu β-Ga2O3 aus dem Energiezoustand entsprécht der 4s0 Hybrid Ëmlafbunn vum Ga Atom ofgeleet. Den Energiedifferenz tëscht dem Minimumwäert vun der Leedungsband an dem Vakuumenergieniveau (Elektronaffinitéitsenergie) gëtt gemooss. ass 4ev. Déi effektiv Elektronemass vu β-Ga2O3 gëtt als 0,28–0,33 me gemooss a seng favorabel elektronesch Konduktivitéit. Allerdéngs weist d'Valenzbandmaximal eng flächeg Ek-Kurve mat ganz gerénger Krümmung a staark lokaliséierter O2p-Orbitaler, wat suggeréiert datt d'Lächer déif lokaliséiert sinn. Dës Charakteristike stellen eng grouss Erausfuerderung fir p-Typ Doping am β-Ga2O3 z'erreechen. Och wann P-Typ Doping erreecht ka ginn, bleift d'Lach μ op engem ganz nidderegen Niveau. 2. Wuesstum vu bulk Galliumoxid Eenkristall Bis elo ass d'Wuessmethod vum β-Ga2O3 bulk Single Crystal Substrat haaptsächlech Kristallzuchmethod, sou wéi Czochralski (CZ), Rand-definéiert dënn Film Fütterungsmethod (Edge -Defined Film-Fed) , EFG), Bridgman (rtikal oder horizontal Bridgman, HB oder VB) a schwiewend Zone (floating Zone, FZ) Technologie. Ënnert all Methoden, Czochralski a Rand-definéiert Dënnfilm-Fütterungsmethoden ginn erwaart déi villverspriechendst Weeër fir d'Massproduktioun vu β-Ga 2O3 Wafer an der Zukunft ze sinn, well se gläichzäiteg grouss Volumen a geréng Defektdichten erreechen kënnen. Bis elo huet d'japanesch Novel Crystal Technology eng kommerziell Matrix fir Schmelzwachstum β-Ga2O3 realiséiert.
1.1 Czochralski Method
De Prinzip vun der Czochralski Method ass datt d'Somenschicht fir d'éischt bedeckt ass, an dann den eenzege Kristall lues aus der Schmelz erausgezunn ass. D'Czochralski Method ass ëmmer méi wichteg fir β-Ga2O3 wéinst senger Käschte-Effizienz, grousser Gréisst Fäegkeeten, an héich Kristallqualitéit Substrat Wuesstem. Wéi och ëmmer, duerch thermesch Belaaschtung wärend dem héijen Temperaturwachstum vu Ga2O3, wäert d'Verdampung vun eenzel Kristalle, Schmelzmaterialien a Schued un der Ir-Kraaft optrieden. Dëst ass e Resultat vun der Schwieregkeet fir niddereg n-Typ Doping am Ga2O3 z'erreechen. Eng entspriechend Quantitéit u Sauerstoff an d'Wuesstumsatmosphär aféieren ass ee Wee fir dëse Problem ze léisen. Duerch Optimisatioun ass héichqualitativ 2-Zoll β-Ga2O3 mat engem fräien Elektronenkonzentratiounsbereich vun 10^16~10^19 cm-3 an enger maximaler Elektronendicht vun 160 cm2/Vs erfollegräich vun der Czochralski Method gewuess.
Figur 2 Single Kristallsglas produzéiert β-Ga2O3 vun Czochralski Method ugebaut
1.2 Rand-definéiert Filmfütterungsmethod
D'Rand-definéiert dënn Film Fütterungsmethod gëtt als de féierende Kandidat fir d'kommerziell Produktioun vu grousser Fläch Ga2O3 Eenkristallmaterialien ugesinn. De Prinzip vun dëser Method ass d'Schmelz an enger Schimmel mat engem Kapillarschlit ze setzen, an d'Schmelz geet duerch d'Kapillaraktioun an d'Schimmel erop. Op der Spëtzt formt sech en dënnen Film a verbreet sech an all Richtungen, wärend se duerch de Somkristall induzéiert ginn. Zousätzlech kënnen d'Kante vun der Schimmeltop kontrolléiert ginn fir Kristalle a Flakelen, Réier oder all gewënschten Geometrie ze produzéieren. D'rand-definéiert dënn Film Fütterungsmethod vu Ga2O3 bitt séier Wuesstumsraten a groussen Duerchmiesser. Figur 3 weist en Diagramm vun engem β-Ga2O3 Eenkristall. Zousätzlech, wat d'Gréisstskala ugeet, sinn 2-Zoll a 4-Zoll β-Ga2O3 Substrate mat exzellenter Transparenz an Uniformitéit kommerzialiséiert ginn, während de 6-Zoll Substrat an der Fuerschung fir zukünfteg Kommerzialiséierung demonstréiert gëtt. Viru kuerzem sinn grouss kreesfërmeg Een-Kristall-Massmaterialien och mat (-201) Orientéierung verfügbar ginn. Zousätzlech fördert d'β-Ga2O3 Rand-definéiert Film-Fütterungsmethod och d'Doping vun Iwwergangsmetallelementer, wat d'Fuerschung an d'Virbereedung vu Ga2O3 méiglech mécht.
Figur 3 β-Ga2O3 Single Kristallsglas produzéiert duerch Rand-definéiert Film fidderen Method
1.3 Bridgeman Method
An der Bridgeman Method ginn Kristalle geformt an enger Krees, déi graduell duerch en Temperaturgradient bewegt gëtt. De Prozess kann an enger horizontaler oder vertikaler Orientéierung ausgeführt ginn, normalerweis mat enger rotéierender Kéis. Et ass derwäert ze bemierken datt dës Method kann oder net Kristall Somen benotzen. Traditionell Bridgman Bedreiwer feelen direkter Visualiséierung vun de Schmelz- a Kristallwachstumsprozesser a musse Temperaturen mat héijer Präzisioun kontrolléieren. Déi vertikal Bridgman Method gëtt haaptsächlech fir de Wuesstum vu β-Ga2O3 benotzt an ass bekannt fir seng Fäegkeet fir an engem Loftëmfeld ze wuessen. Wärend dem vertikale Bridgman-Methode Wuesstumsprozess gëtt de Gesamtmasseverloscht vun der Schmelz a Crucible ënner 1% gehal, wat de Wuesstum vu grousse β-Ga2O3 Eenkristalle mat minimalem Verloscht erméiglecht.
Figur 4 Single Kristallsglas produzéiert β-Ga2O3 vun Bridgeman Method ugebaut
1.4 Floating Zone Method
D'Schwemmzonemethod léist de Problem vun der Kristallkontaminatioun duerch Crucible Materialien a reduzéiert déi héich Käschte verbonne mat héijer Temperaturbeständeg Infraroutkéis. Wärend dësem Wuesstumsprozess kann d'Schmelz vun enger Lampe erhëtzt ginn anstatt eng RF Quell, sou datt d'Ufuerderunge fir Wuesstemausrüstung vereinfacht ginn. Och wann d'Form an d'Kristallqualitéit vum β-Ga2O3, dee vun der Floating Zone Method gewuess ass, nach net optimal sinn, mécht dës Method eng villverspriechend Method op fir héich Rengheet β-Ga2O3 zu budgetfrëndlechen eenzel Kristalle ze wuessen.
Figur 5 β-Ga2O3 Eenkristall gewuess duerch d'Schwemmzonemethod.
Post Zäit: Mee-30-2024