Wide bandgap (WBG) semiconductor asehon'ny silicon carbide (SiC) sy gallium nitride (GaN) dia nahazo saina be dia be. Ny olona dia manantena fatratra ny mety ho fampiharana ny karbida silisiôma amin'ny fiara elektrika sy ny tambajotra herinaratra, ary koa ny fahatsinjovana ny fampiharana ny gallium nitride amin'ny fiampangana haingana. Tao anatin'ny taona vitsivitsy izay, ny fikarohana momba ny Ga2O3, AlN ary ny diamondra dia nanao fandrosoana lehibe, ka nahatonga ny fitaovana semiconductor ultra-wide bandgap ho ivon'ny saina. Anisan'izany ny galium oxide (Ga2O3) dia fitaovana semiconductor ultra-wide-bandgap mipoitra miaraka amin'ny elanelan'ny tarika 4.8 eV, tanjaky ny fahapotehan'ny teorika momba ny 8 MV cm-1, ny hafainganam-pandehan'ny saturation eo amin'ny 2E7cm s-1, ary ny kalitao Baliga avo lenta amin'ny 3000, mahazo ny sain'ny besinimaro amin'ny sehatry ny herinaratra avo lenta sy avo lenta avo lenta.
1. Ny toetra ara-nofo galium oxide
Ny Ga2O3 dia manana elanelana lehibe amin'ny tarika (4.8 eV), andrasana hahatratra ny herin'aratra avo lenta sy ny fahaiza-manaon'ny herin'aratra, ary mety hanana ny mety hisian'ny adaptability avo lenta amin'ny fanoherana somary ambany, ka mahatonga azy ireo ho ivon'ny fikarohana ankehitriny. Ankoatra izany, ny Ga2O3 dia tsy vitan'ny hoe manana fananana ara-materialy tena tsara, fa koa manome karazana teknolojia doping n-karazana mora azo, ary koa ny fitomboan'ny substrate ambany sy ny teknolojia epitaxy. Hatreto dia misy dingana kristaly dimy samihafa hita ao amin'ny Ga2O3, anisan'izany ny corundum (α), monoclinic (β), spinel defective (γ), cubic (δ) ary orthorhombic (ɛ). Ny fahamarinan-toerana thermodynamic dia, araka ny filaharany, γ, δ, α, ɛ, ary β. Tsara ny manamarika fa ny monoclinic β-Ga2O3 no tena marin-toerana indrindra, indrindra amin'ny mari-pana ambony, raha ny dingana hafa kosa dia metastable mihoatra ny mari-pana ao amin'ny efitrano ary mirona hiova ho dingana β amin'ny fepetra mafana manokana. Noho izany, ny fampivoarana ny fitaovana mifototra amin'ny β-Ga2O3 dia lasa fifantohana lehibe amin'ny sehatry ny elektronika herinaratra tato anatin'ny taona vitsivitsy.
Table 1 Fampitahana ny masontsivana fitaovana semiconductor sasany
Ny firafitry ny kristaly monoclinicβ-Ga2O3 dia aseho ao amin'ny tabilao 1. Ny mari-pamantarana makarakara dia ahitana a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, ary β = 103.8 °. Ny selan'ny tarika dia misy atôma Ga(I) misy fandrindrana tetrahedral miolakolaka ary atoma Ga(II) misy fandrindrana octahedral. Misy filaharana telo samy hafa momba ny atoma oksizenina ao amin'ny laharan'ny “kiobika miolikolika”, ao anatin'izany ny atoma O(I) sy O(II) mirindra telozoro ary atoma O(III) mirindra tetrahedraly. Ny fampifangaroana ireo karazana fandrindrana atomika roa ireo dia mitondra any amin'ny anisotropy an'ny β-Ga2O3 manana toetra manokana amin'ny fizika, korosi simika, optika ary elektronika.
Figure 1 Diagrama ara-drafitra schematic amin'ny kristaly monoclinic β-Ga2O3
Avy amin'ny fomba fijerin'ny teoria tarika angovo, ny sanda kely indrindra amin'ny tarika conduction an'ny β-Ga2O3 dia avy amin'ny toetry ny angovo mifanaraka amin'ny orbitra hybride 4s0 amin'ny atoma Ga. Refesina ny fahasamihafan'ny angovo eo amin'ny sanda kely indrindra amin'ny tarika conduction sy ny haavon'ny angovo banga (angovo affinity elektronika). ny 4ev. Ny faobe elektronika mahomby amin'ny β-Ga2O3 dia refesina ho 0,28–0,33 me sy ny conductivity elektronika tsara. Na izany aza, ny tarika valence fara-tampony dia mampiseho curve Ek marivo miaraka amin'ny curvature ambany dia ambany ary orbitals O2p tena misy eo an-toerana, izay manondro fa ny lavaka dia miorim-paka lalina. Ireo toetra ireo dia mametraka fanamby goavana amin'ny fanatontosana doping p-karazana amin'ny β-Ga2O3. Na dia azo atao aza ny doping P-karazana, dia mijanona amin'ny haavo ambany dia ambany ny lavaka μ. 2. Ny fitomboan'ny kristaly tokana gallium betsaka Hatreto, ny fomba fitomboan'ny substrate kristaly tokana β-Ga2O3 dia ny fomba fisintonana kristaly, toy ny Czochralski (CZ), ny fomba famahanana sarimihetsika manify amin'ny sisiny (Edge -Defined film-fed). , EFG), Bridgman (Rtical na horizontal Bridgman, HB na VB) ary teknolojia faritra mitsingevana (faritra mitsingevana, FZ). Amin'ireo fomba rehetra, Czochralski sy ny fomba famahanana sarimihetsika manify voafaritr'ny sisiny no antenaina ho fomba mampanantena indrindra ho an'ny famokarana faobe ny wafers β-Ga 2O3 amin'ny ho avy, satria izy ireo dia afaka miaraka amin'ny boky lehibe sy ny hakitroky ambany. Hatramin'izao, ny Novel Crystal Technology ao Japana dia nahatsikaritra matrix ara-barotra ho an'ny fitomboan'ny levona β-Ga2O3.
1.1 Fomba Czochralski
Ny fitsipiky ny fomba Czochralski dia ny saron'ny voa voalohany, ary avy eo ny kristaly tokana dia esorina tsikelikely avy ao anaty levona. Ny fomba Czochralski dia miha-zava-dehibe ho an'ny β-Ga2O3 noho ny fahombiazany amin'ny vidiny, ny fahaiza-manaony lehibe ary ny fitomboan'ny substrate kalitao avo lenta. Na izany aza, noho ny adin-tsaina mafana mandritra ny fitomboan'ny mari-pana ambony amin'ny Ga2O3, dia hisy ny etona ny kristaly tokana, ny akora miempo, ary ny fahasimbana amin'ny koba Ir. Izany dia vokatry ny fahasarotana amin'ny fanatrarana doping-n-karazana ambany ao amin'ny Ga2O3. Ny fampidirana oksizenina araka ny tokony ho izy ao anatin'ny atmosfera mitombo dia fomba iray hamahana ity olana ity. Amin'ny alàlan'ny optimization, ny 2-inch β-Ga2O3 avo lenta miaraka amin'ny fifantohana elektronika maimaim-poana amin'ny 10 ^ 16 ~ 10 ^ 19 cm-3 ary ny haavon'ny elektronika ambony indrindra amin'ny 160 cm2 / Vs dia nahomby tamin'ny fomba Czochralski.
Sary 2 kristaly tokana an'ny β-Ga2O3 novokarin'ny fomba Czochralski
1.2 Fomba famahanana sarimihetsika voafaritry ny sisiny
Ny fomba famahanana sarimihetsika manify voafaritr'ny sisiny dia heverina ho ny mpifaninana voalohany amin'ny famokarana ara-barotra amin'ny fitaovana kristaly tokana Ga2O3. Ny fitsipiky ity fomba ity dia ny fametrahana ny mitsonika ao anaty lasitra miaraka amin'ny kapila slit, ary ny fikosehana dia miakatra amin'ny bobongolo amin'ny alàlan'ny hetsika kapila. Eo an-tampony dia misy sarimihetsika manify miforona ary miparitaka amin'ny lafiny rehetra rehefa voataonan'ny kristaly voa. Fanampin'izany, ny sisin'ny lasitra ambony dia azo fehezina mba hamokarana kristaly amin'ny flakes, fantsona, na geometrika tiana. Ny fomba famahanana sarimihetsika manify amin'ny sisiny amin'ny Ga2O3 dia manome taham-pitombo haingana sy savaivony lehibe. Ny sary 3 dia mampiseho sarin'ny kristaly tokana β-Ga2O3. Ankoatr'izay, amin'ny lafiny habe, ny substrate 2-inch sy 4-inch β-Ga2O3 miaraka amin'ny mangarahara tsara sy ny fitoviana dia natao ara-barotra, raha ny substrate 6-inch dia aseho amin'ny fikarohana momba ny varotra ho avy. Vao tsy ela akory izay dia nisy ihany koa ireo fitaovana be kristaly tokana boribory lehibe miaraka amin'ny orientation (−201). Ankoatr'izay, ny fomba famahanana sarimihetsika β-Ga2O3 amin'ny sisiny dia mampiroborobo ny doping amin'ny singa metaly tetezamita, mahatonga ny fikarohana sy ny fanomanana ny Ga2O3 azo atao.
Sary 3 β-Ga2O3 kristaly tokana nambolena tamin'ny fomba famahanana sarimihetsika voafaritry ny sisiny
1.3 Fomba Bridgeman
Ao amin'ny fomba Bridgeman, ny kristaly dia miforona ao anaty vilia iray izay mihetsika tsikelikely amin'ny alàlan'ny gradient hafanana. Ny dingana dia azo atao amin'ny orientation mitsivalana na mitsangana, matetika amin'ny fampiasana kôkômbra mihodinkodina. Tsara homarihina fa io fomba io dia mety na tsy mampiasa voa kristaly. Ny mpandraharaha Bridgman nentim-paharazana dia tsy manana fahitana mivantana ny fizotry ny fitomboana sy ny fitomboan'ny kristaly ary tsy maintsy mifehy ny mari-pana amin'ny mari-pana ambony. Ny fomba Bridgman mitsangana dia ampiasaina indrindra amin'ny fitomboan'ny β-Ga2O3 ary fantatra amin'ny fahaizany mitombo amin'ny tontolo iainana. Nandritra ny fizotry ny fitomboan'ny fomba mitsangana Bridgman, ny totalin'ny fatiantoka faobe amin'ny levona sy ny crucible dia tazonina eo ambanin'ny 1%, mamela ny fitomboan'ny kristaly tokana β-Ga2O3 lehibe misy fatiantoka kely.
Sary 4 kristaly tokana an'ny β-Ga2O3 novokarin'ny fomba Bridgeman
1.4 Faritra mitsingevana fomba
Mamaha ny olan'ny fandotoana krystaly amin'ny akora vita amin'ny crucible ny fomba faritra mitsingevana ary mampihena ny fandaniana avo lenta mifandraika amin'ny crucibles infrarouge mahatohitra hafanana. Mandritra io fizotry ny fitomboana io, ny fandoroana dia azo hafanaina amin'ny jiro fa tsy loharano RF, ka manamora ny fepetra takiana amin'ny fitaovana fitomboana. Na dia tsy mbola tsara indrindra aza ny endrika sy ny kalitaon'ny krystaly an'ny β-Ga2O3 ambolena amin'ny fomba faritra mitsingevana, ity fomba ity dia manokatra fomba mampanantena amin'ny fampitomboana ny β-Ga2O3 amin'ny fahadiovana avo ho kristaly tokana sariaka.
Sary 5 β-Ga2O3 kristaly tokana nambolena tamin'ny fomba mitsingevana faritra.
Fotoana fandefasana: May-30-2024