ແຜ່ນ semiconductors ກວ້າງ (WBG) ທີ່ເປັນຕົວແທນໂດຍ silicon carbide (SiC) ແລະ gallium nitride (GaN) ໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຢ່າງກວ້າງຂວາງ. ປະຊາຊົນມີຄວາມຄາດຫວັງສູງສໍາລັບຄວາມສົດໃສດ້ານຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງ silicon carbide ໃນຍານພາຫະນະໄຟຟ້າແລະຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບຄວາມສົດໃສດ້ານຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງ gallium nitride ໃນການສາກໄຟໄວ. ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບວັດສະດຸ Ga2O3, AlN ແລະເພັດໄດ້ມີຄວາມຄືບຫນ້າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸ semiconductor bandgap ultra-wide ເປັນຈຸດສຸມຂອງຄວາມສົນໃຈ. ໃນບັນດາພວກມັນ, gallium oxide (Ga2O3) ແມ່ນວັດສະດຸ semiconductor ultra-wide-bandgap ທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນທີ່ມີຊ່ອງຫວ່າງຂອງແຖບ 4.8 eV, ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງພາກສະ ໜາມ ການແບ່ງແຍກທາງທິດສະດີປະມານ 8 MV cm-1, ຄວາມໄວການອີ່ມຕົວປະມານ 2E7cm s-1, ແລະປັດໄຈທີ່ມີຄຸນນະພາບ Baliga ສູງຂອງ 3000, ໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນພາກສະຫນາມຂອງແຮງດັນສູງແລະສູງ. ເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານຄວາມຖີ່.
1. ຄຸນລັກສະນະຂອງວັດສະດຸ Gallium oxide
Ga2O3 ມີຊ່ອງຫວ່າງຂອງແຖບຂະຫນາດໃຫຍ່ (4.8 eV), ຄາດວ່າຈະບັນລຸທັງສອງຄວາມທົນທານຂອງແຮງດັນແລະຄວາມສາມາດພະລັງງານສູງ, ແລະສາມາດມີທ່າແຮງສໍາລັບການປັບຕົວຂອງແຮງດັນສູງຢູ່ທີ່ຄວາມຕ້ານທານຂ້ອນຂ້າງຕໍ່າ, ເຮັດໃຫ້ພວກເຂົາເປັນຈຸດສຸມຂອງການຄົ້ນຄວ້າໃນປະຈຸບັນ. ນອກຈາກນັ້ນ, Ga2O3 ບໍ່ພຽງແຕ່ມີຄຸນສົມບັດວັດສະດຸທີ່ດີເລີດ, ແຕ່ຍັງໃຫ້ຄວາມຫລາກຫລາຍຂອງເຕັກໂນໂລຊີ doping n-type ທີ່ສາມາດປັບໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍ, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບການຂະຫຍາຍຕົວ substrate ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາແລະເຕັກໂນໂລຊີ epitaxy. ມາຮອດປະຈຸ, ຫ້າໄລຍະໄປເຊຍກັນທີ່ແຕກຕ່າງກັນໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບໃນ Ga2O3, ລວມທັງ corundum (α), monoclinic (β), ຜິດປົກກະຕິ spinel (γ), cubic (δ) ແລະໄລຍະ orthorhombic (ɛ). ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງ Thermodynamic ແມ່ນ, ຕາມລໍາດັບ, γ, δ, α, ɛ, ແລະ β. ມັນເປັນມູນຄ່າທີ່ສັງເກດວ່າ monoclinic β-Ga2O3 ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ສຸດ, ໂດຍສະເພາະໃນອຸນຫະພູມສູງ, ໃນຂະນະທີ່ໄລຍະອື່ນໆແມ່ນ metastable ຂ້າງເທິງອຸນຫະພູມຫ້ອງແລະມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະຫັນປ່ຽນໄປສູ່ໄລຍະβພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂຄວາມຮ້ອນສະເພາະ. ດັ່ງນັ້ນ, ການພັດທະນາອຸປະກອນທີ່ອີງໃສ່ β-Ga2O3 ໄດ້ກາຍເປັນຈຸດສຸມຕົ້ນຕໍໃນຂົງເຂດໄຟຟ້າໄຟຟ້າໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້.
ຕາຕະລາງ 1 ການປຽບທຽບບາງຕົວກໍານົດການວັດສະດຸ semiconductor
ໂຄງສ້າງຜລຶກຂອງ monoclinicβ-Ga2O3 ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 1. ຕົວກໍານົດການຂອງເສັ້ນດ່າງຂອງມັນປະກອບມີ a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, ແລະ β = 103.8°. ເຊລໜ່ວຍປະກອບດ້ວຍອະຕອມ Ga(I) ທີ່ມີການປະສານງານ tetrahedral ບິດ ແລະອະຕອມ Ga(II) ທີ່ມີການປະສານງານ octahedral. ມີສາມການຈັດລຽງຂອງອະຕອມອອກຊິເຈນທີ່ແຕກຕ່າງກັນຢູ່ໃນອາເຣ “ລູກບິດບິດ”, ລວມທັງອະຕອມ O(I) ແລະ O(II) ທີ່ເປັນຮູບສາມລ່ຽມປະສົມສອງອັນ ແລະໜຶ່ງອະຕອມ O(III) ທີ່ມີການປະສານງານ tetrahedrally. ການປະສົມປະສານຂອງສອງປະເພດຂອງການປະສານງານປະລໍາມະນູເຮັດໃຫ້ anisotropy ຂອງβ-Ga2O3 ທີ່ມີຄຸນສົມບັດພິເສດໃນຟີຊິກ, corrosion ເຄມີ, optics ແລະເອເລັກໂຕຣນິກ.
ຮູບທີ 1 ແຜນວາດໂຄງສ້າງຂອງ monoclinic β-Ga2O3 ໄປເຊຍກັນ
ຈາກທັດສະນະຂອງທິດສະດີແຖບພະລັງງານ, ມູນຄ່າຕໍາ່ສຸດທີ່ຂອງແຖບ conduction ຂອງ β-Ga2O3 ແມ່ນມາຈາກລັດພະລັງງານທີ່ສອດຄ້ອງກັບວົງໂຄຈອນ 4s0 ຂອງປະລໍາມະນູ Ga. ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງພະລັງງານລະຫວ່າງຄ່າຕໍາ່ສຸດທີ່ຂອງແຖບ conduction ແລະລະດັບພະລັງງານສູນຍາກາດ (ພະລັງງານຄວາມສອດຄ່ອງຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ) ແມ່ນການວັດແທກ. ແມ່ນ 4 eV. ມະຫາຊົນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງ β-Ga2O3 ແມ່ນການວັດແທກ 0.28-0.33 me ແລະຄວາມສາມາດນໍາທາງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ເອື້ອອໍານວຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສູງສຸດຂອງແຖບ valence ສະແດງໃຫ້ເຫັນເສັ້ນໂຄ້ງ Ek ຕື້ນທີ່ມີ curvature ຕ່ໍາຫຼາຍແລະເປັນທ້ອງຖິ່ນ O2p orbitals ທີ່ເຂັ້ມແຂງ, ແນະນໍາວ່າຂຸມແມ່ນທ້ອງຖິ່ນເລິກ. ຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ເກີດສິ່ງທ້າທາຍອັນໃຫຍ່ຫຼວງເພື່ອບັນລຸ doping p-type ໃນ β-Ga2O3. ເຖິງແມ່ນວ່າ P-type doping ສາມາດບັນລຸໄດ້, ຂຸມμຍັງຢູ່ໃນລະດັບຕໍ່າຫຼາຍ. 2. ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ bulk gallium oxide crystal ດຽວ ມາເຖິງຕອນນັ້ນ, ວິທີການການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ β-Ga2O3 bulk crystal substrate ດຽວໄປເຊຍກັນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນວິທີການດຶງໄປເຊຍກັນ, ເຊັ່ນ Czochralski (CZ), edge-defined thin film feeding method (Edge-Defined film-fed , EFG), Bridgman (rtical ຫຼືແນວນອນ Bridgman, HB ຫຼື VB) ແລະເຂດລອຍ (ເຂດເລື່ອນ, FZ) ເຕັກໂນໂລຊີ. ໃນບັນດາວິທີການທັງຫມົດ, Czochralski ແລະວິທີການໃຫ້ອາຫານບາງໆທີ່ກໍານົດຂອບແມ່ນຄາດວ່າຈະເປັນເສັ້ນທາງທີ່ໂດດເດັ່ນທີ່ສຸດສໍາລັບການຜະລິດ wafers β-Ga 2O3 ໃນອະນາຄົດ, ຍ້ອນວ່າພວກມັນສາມາດບັນລຸປະລິມານຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຕ່ໍາ. ມາຮອດປັດຈຸບັນ, Novel Crystal Technology ຂອງຍີ່ປຸ່ນໄດ້ຮັບຮູ້ມາຕຣິກເບື້ອງທາງການຄ້າສຳລັບການຈະເລີນເຕີບໂຕຂອງທາດລະລາຍ β-Ga2O3.
1.1 ວິທີການ Czochralski
ຫຼັກການຂອງວິທີການ Czochralski ແມ່ນວ່າຊັ້ນແກ່ນໄດ້ຖືກປົກຄຸມທໍາອິດ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໄປເຊຍກັນດຽວແມ່ນຄ່ອຍໆດຶງອອກຈາກການລະລາຍ. ວິທີການ Czochralski ມີຄວາມສໍາຄັນເພີ່ມຂຶ້ນສໍາລັບ β-Ga2O3 ເນື່ອງຈາກປະສິດທິພາບຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ຄວາມສາມາດຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກຄວາມກົດດັນຄວາມຮ້ອນໃນໄລຍະການຂະຫຍາຍຕົວຂອງອຸນຫະພູມສູງຂອງ Ga2O3, evaporation ຂອງໄປເຊຍກັນດຽວ, ວັດສະດຸ melt, ແລະຄວາມເສຍຫາຍຂອງ Ir crucible ຈະເກີດຂຶ້ນ. ນີ້ແມ່ນຜົນມາຈາກຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການບັນລຸການ doping ປະເພດ n ຕ່ໍາໃນ Ga2O3. ການແນະນໍາຈໍານວນອົກຊີເຈນທີ່ເຫມາະສົມເຂົ້າໄປໃນບັນຍາກາດການຂະຫຍາຍຕົວແມ່ນວິທີຫນຶ່ງທີ່ຈະແກ້ໄຂບັນຫານີ້. ໂດຍຜ່ານການເພີ່ມປະສິດທິພາບ, β-Ga2O3 2 ນິ້ວທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງທີ່ມີລະດັບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງອິເລັກຕອນຟຣີຂອງ 10^16 ~ 10^19 cm-3 ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກສູງສຸດ 160 cm2/Vs ໄດ້ຮັບການຂະຫຍາຍຕົວໂດຍວິທີການ Czochralski.
ຮູບທີ 2 ຜລຶກດຽວຂອງ β-Ga2O3 ປູກໂດຍວິທີການ Czochralski
1.2 ວິທີການໃຫ້ອາຫານແບບຂອບທີ່ກຳນົດໄວ້
ວິທີການໃຫ້ອາຫານຮູບເງົາບາງໆທີ່ກໍານົດຂອບແມ່ນຖືວ່າເປັນຄູ່ແຂ່ງຊັ້ນນໍາສໍາລັບການຜະລິດທາງດ້ານການຄ້າຂອງວັດສະດຸແກ້ວດຽວ Ga2O3 ຂະຫນາດໃຫຍ່. ຫຼັກການຂອງວິທີການນີ້ແມ່ນການວາງ melt ໃນ mold ທີ່ມີຮູ capillary, ແລະການ melt ເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ mold ໂດຍຜ່ານການປະຕິບັດ capillary. ຢູ່ເທິງສຸດ, ຮູບເງົາບາງໆປະກອບເປັນຮູບ ແລະແຜ່ໄປທົ່ວທຸກທິດທາງ ໃນຂະນະທີ່ຖືກຊັກຈູງໃຫ້ໄປເຊຍກັນໂດຍເມັດເມັດ. ນອກຈາກນັ້ນ, ແຄມຂອງ mold top ສາມາດຄວບຄຸມການຜະລິດໄປເຊຍກັນໃນ flakes, ທໍ່, ຫຼືເລຂາຄະນິດທີ່ຕ້ອງການ. ວິທີການໃຫ້ອາຫານຮູບເງົາບາງໆທີ່ກໍານົດຂອບຂອງ Ga2O3 ໃຫ້ອັດຕາການເຕີບໂຕໄວແລະເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດໃຫຍ່. ຮູບທີ 3 ສະແດງແຜນຜັງຂອງຜລຶກດຽວ β-Ga2O3. ນອກຈາກນັ້ນ, ໃນແງ່ຂອງຂະຫນາດ, substrates 2-inch ແລະ 4-inch β-Ga2O3 ທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສແລະມີຄວາມສອດຄ່ອງທີ່ດີເລີດໄດ້ຖືກນໍາມາສູ່ການຄ້າ, ໃນຂະນະທີ່ substrate 6 ນິ້ວແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນການຄົ້ນຄວ້າສໍາລັບການຄ້າໃນອະນາຄົດ. ຫວ່າງມໍ່ໆມານີ້, ວັດສະດຸຜະສົມກ້ອນດຽວເປັນຮູບຊົງເປັນວົງກົມຂະຫນາດໃຫຍ່ກໍ່ມີພ້ອມດ້ວຍ (−201) ທິດທາງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ວິທີການໃຫ້ອາຫານຮູບເງົາທີ່ກໍານົດຂອບ β-Ga2O3 ຍັງສົ່ງເສີມການ doping ຂອງອົງປະກອບໂລຫະການປ່ຽນແປງ, ເຮັດໃຫ້ການຄົ້ນຄວ້າແລະການກະກຽມຂອງ Ga2O3 ເປັນໄປໄດ້.
ຮູບທີ່ 3 β-Ga2O3 ໄປເຊຍກັນດຽວທີ່ປູກດ້ວຍວິທີການໃຫ້ອາຫານດ້ວຍຮູບຂອບທີ່ກຳນົດໄວ້
1.3 ວິທີການ Bridgeman
ໃນວິທີການ Bridgeman, ໄປເຊຍກັນໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນ crucible ທີ່ຄ່ອຍໆຍ້າຍຜ່ານ gradient ອຸນຫະພູມ. ຂະບວນການສາມາດປະຕິບັດໄດ້ໃນທິດທາງແນວນອນຫຼືຕັ້ງ, ປົກກະຕິແລ້ວການນໍາໃຊ້ crucible rotating. ມັນເປັນມູນຄ່າທີ່ສັງເກດວ່າວິທີການນີ້ອາດຈະໃຊ້ຫຼືອາດຈະບໍ່ໃຊ້ເມັດໄປເຊຍກັນ. ຜູ້ປະຕິບັດງານແບບດັ້ງເດີມ Bridgman ຂາດການເບິ່ງເຫັນໂດຍກົງຂອງຂະບວນການການລະລາຍແລະການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຜລຶກແລະຕ້ອງຄວບຄຸມອຸນຫະພູມທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ. ວິທີການຕັ້ງ Bridgman ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ສໍາລັບການຂະຫຍາຍຕົວຂອງβ-Ga2O3 ແລະເປັນທີ່ຮູ້ຈັກສໍາລັບຄວາມສາມາດໃນການເຕີບໂຕໃນສະພາບແວດລ້ອມທາງອາກາດ. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງວິທີການ Bridgman ແນວຕັ້ງ, ການສູນເສຍມະຫາຊົນທັງຫມົດຂອງ melt ແລະ crucible ໄດ້ຖືກເກັບຮັກສາໄວ້ຂ້າງລຸ່ມນີ້ 1%, ເຮັດໃຫ້ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງໄປເຊຍກັນຂະຫນາດໃຫຍ່ β-Ga2O3 ທີ່ມີການສູນເສຍຫນ້ອຍທີ່ສຸດ.
ຮູບ 4 ຜລຶກດຽວຂອງ β-Ga2O3 ປູກໂດຍວິທີ Bridgeman
1.4 ວິທີການເຂດເລື່ອນ
ວິທີການເຂດເລື່ອນໄດ້ແກ້ໄຂບັນຫາຂອງການປົນເປື້ອນໄປເຊຍກັນໂດຍວັດສະດຸ crucible ແລະຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ crucibles infrared ທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງ. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວນີ້, ການລະລາຍສາມາດໄດ້ຮັບການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນໂດຍໂຄມໄຟແທນທີ່ຈະເປັນແຫຼ່ງ RF, ດັ່ງນັ້ນ simplifying ຄວາມຕ້ອງການອຸປະກອນການຂະຫຍາຍຕົວ. ເຖິງແມ່ນວ່າຮູບຮ່າງແລະຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກຂອງ β-Ga2O3 ທີ່ປູກໂດຍວິທີການເຂດເລື່ອນຍັງບໍ່ທັນໄດ້ດີທີ່ສຸດ, ວິທີການນີ້ເປີດເປັນວິທີການທີ່ດີສໍາລັບການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງ β-Ga2O3 ເຂົ້າໄປໃນໄປເຊຍກັນດຽວທີ່ເປັນມິດກັບງົບປະມານ.
ຮູບ 5 β-Ga2O3 ໄປເຊຍກັນດຽວທີ່ປູກໂດຍວິທີການເຂດເລື່ອນ.
ເວລາປະກາດ: ພຶດສະພາ-30-2024