ဆီလီကွန်ကာဗိုက် (SiC) နှင့် gallium nitride (GaN) တို့မှ ကိုယ်စားပြုသော ကျယ်ပြန့်သော ပတ်ပတ်လည် (WBG) တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများသည် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အာရုံစိုက်မှုကို ရရှိခဲ့သည်။ လျှပ်စစ်ကားများနှင့် ဓာတ်အားလိုင်းများတွင် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်၏ အသုံးချမှုအလားအလာများနှင့် အမြန်အားသွင်းစနစ်တွင် gallium nitride ၏ အသုံးချမှုအလားအလာများအတွက် လူတို့သည် မြင့်မားသောမျှော်လင့်ချက်ရှိသည်။ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း၊ Ga2O3၊ AlN နှင့် စိန်ပစ္စည်းများဆိုင်ရာ သုတေသနပြုမှုသည် သိသာထင်ရှားသောတိုးတက်မှုကို ရရှိခဲ့ပြီး အလွန်ကျယ်ပြန့်သော bandgap တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းပစ္စည်းများကို အာရုံစူးစိုက်မှုဖြစ်စေခဲ့သည်။ ၎င်းတို့အနက်၊ ဂယ်လီယမ်အောက်ဆိုဒ် (Ga2O3) သည် တီးဝိုင်းကွာဟမှု 4.8 eV ရှိသော ပေါ်ထွက်လာသော အလွန်ကျယ်ပြန့်သော ကြိုးဝိုင်းတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းဖြစ်ပြီး သီအိုရီအရ အရေးပါသောခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုနယ်ပယ်အား 8 MV စင်တီမီတာ-1 ခန့်၊ ရွှဲအလျင် 2E7 စင်တီမီတာ s-1 ခန့်၊ မြင့်မားသောဗို့အားနှင့် ကြိမ်နှုန်းမြင့်မားသော ပါဝါအီလက်ထရွန်နစ်ပစ္စည်းနယ်ပယ်တွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အာရုံစိုက်ခံရသော 3000 Baliga အရည်အသွေးအချက်တစ်ချက်။
1. Gallium oxide ရုပ်လက္ခဏာများ
Ga2O3 သည် ကြီးမားသော တီးဝိုင်းကွာဟချက် (4.8 eV) ရှိပြီး မြင့်မားသောဗို့အားခံနိုင်ရည်နှင့် ပါဝါမြင့်မားသောစွမ်းရည်နှစ်မျိုးစလုံးကို ရရှိရန် မျှော်လင့်ထားပြီး မြင့်မားသောဗို့အားကို လိုက်လျောညီထွေဖြစ်အောင် ပြုလုပ်နိုင်သည့် အလားအလာရှိနိုင်ပြီး ၎င်းတို့အား လက်ရှိသုတေသန၏ အာရုံစိုက်မှုဖြစ်စေသည်။ ထို့အပြင်၊ Ga2O3 သည် ကောင်းမွန်သောပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများသာမက အလွယ်တကူချိန်ညှိနိုင်သော n-type doping နည်းပညာများအပြင် ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော အလွှာကြီးထွားမှုနှင့် epitaxy နည်းပညာများကို ပံ့ပိုးပေးပါသည်။ ယခုအချိန်အထိ၊ Ga2O3 တွင် မတူညီသောပုံဆောင်ခဲအဆင့်ငါးခုကို corundum (α)၊ monoclinic (β)၊ ချို့ယွင်းနေသော spinel (γ)၊ cubic (δ) နှင့် orthorhombic (ɛ) အဆင့်များ အပါအဝင်ဖြစ်သည်။ သာမိုဒိုင်းနမစ်တည်ငြိမ်မှုများမှာ γ၊ δ၊ α၊ ɛ နှင့် β တို့ဖြစ်သည်။ monoclinic β-Ga2O3 သည် အထူးသဖြင့် မြင့်မားသော အပူချိန်တွင် အတည်ငြိမ်ဆုံးဖြစ်ပြီး အခြားအဆင့်များသည် အခန်းအပူချိန်ထက်တွင် ပျံ့နှံ့နိုင်ပြီး သီးခြားအပူအခြေအနေများအောက်တွင် β အဆင့်သို့ ပြောင်းလဲသွားတတ်သည်ကို သတိပြုသင့်ပါသည်။ ထို့ကြောင့်၊ β-Ga2O3-based devices များဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည်မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်းပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်နယ်ပယ်တွင်အဓိကအာရုံစိုက်မှုဖြစ်လာသည်။
ဇယား 1 အချို့သော တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း ကန့်သတ်ချက်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ခြင်း။
monoclinicβ-Ga2O3 ၏ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံကို ဇယား 1 တွင်ပြသထားသည်။ ၎င်း၏ရာဇမတ်ကွက်ဘောင်များတွင် a = 12.21 Å၊ b = 3.04 Å၊ c = 5.8 Å နှင့် β = 103.8° ပါဝင်သည်။ ယူနစ်ဆဲလ်တွင် လိမ်ထားသော tetrahedral ညှိနှိုင်းမှုရှိသော Ga(I) အက်တမ်များနှင့် Ga(II) အက်တမ်များ octahedral ညှိနှိုင်းမှုဖြင့် ပါဝင်သည်။ တြိဂံပုံသွင်းထားသော O(I) နှင့် O(II) အက်တမ်နှစ်ခုနှင့် tetrahedrally coordinated O(III) အက်တမ်အပါအဝင် "twisted cubic" array တွင် မတူညီသော အောက်ဆီဂျင်အက်တမ်သုံးမျိုးရှိသည်။ ဤအက်တမ်ပေါင်းစပ်ညှိနှိုင်းမှုနှစ်မျိုး၏ပေါင်းစပ်မှုသည် ရူပဗေဒ၊ ဓာတုသံချေးတက်ခြင်း၊ optics နှင့် အီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများတွင် အထူးဂုဏ်သတ္တိများရှိသော β-Ga2O3 ၏ anisotropy သို့ ဦးတည်စေသည်။
ပုံ 1 monoclinic β-Ga2O3 ပုံဆောင်ခဲ၏ စည်းမျဥ်းဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ဇယား
စွမ်းအင်လှိုင်းသီအိုရီ၏ရှုထောင့်မှကြည့်လျှင် β-Ga2O3 ၏ conduction band ၏နိမ့်ဆုံးတန်ဖိုးသည် Ga atom ၏ 4s0 ပေါင်းစပ်ပတ်လမ်းနှင့် သက်ဆိုင်သည့် စွမ်းအင်အခြေအနေမှ ဆင်းသက်လာသည်။ conduction band ၏အနည်းဆုံးတန်ဖိုးနှင့် vacuum energy level (electron affinity energy) အကြား စွမ်းအင်ကွာခြားချက်ကို တိုင်းတာသည်။ 4 eV ဖြစ်ပါတယ်။ β-Ga2O3 ၏ ထိရောက်သော အီလက်ထရွန်ထုထည်ကို 0.28-0.33 me နှင့် ၎င်း၏ နှစ်သက်ဖွယ် အီလက်ထရွန်နစ်စီးကူးမှုကို တိုင်းတာသည်။ သို့သော်၊ valence band သည် အလွန်နိမ့်သော ကွေးကောက်မှုနှင့် ပြင်းထန်စွာ ကွက်တိကွက်ကြားသတ်မှတ်ထားသော Ek မျဉ်းကွေးကို ပြသထားပြီး အပေါက်များကို နက်ရှိုင်းစွာ ဒေသစံသတ်မှတ်ထားကြောင်း အကြံပြုထားသည်။ ဤလက္ခဏာများသည် β-Ga2O3 တွင် p-type doping ရရှိရန် ကြီးမားသောစိန်ခေါ်မှုတစ်ရပ်ဖြစ်လာသည်။ P-type doping ကိုရနိုင်သော်လည်း၊ အပေါက် µ သည် အလွန်နိမ့်သောအဆင့်တွင်ရှိနေပါသည်။ 2. အစုလိုက် ဂါလီယမ်အောက်ဆိုဒ် တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲ ကြီးထွားမှု ယခုအချိန်အထိ β-Ga2O3 အစုလိုက် တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲအလွှာ၏ ကြီးထွားမှုနည်းလမ်းမှာ Czochralski (CZ)၊ အနားသတ်သတ်မှတ်ထားသော ပါးလွှာသော ဖလင်ကျွေးခြင်းနည်းလမ်း (Edge -Defined film-fed)၊ , EFG), Bridgman (rtical သို့မဟုတ် horizontal Bridgman, HB သို့မဟုတ် VB) နှင့် floating zone (floating zone, FZ) နည်းပညာ။ နည်းလမ်းအားလုံးတွင် Czochralski နှင့် edge- သတ်မှတ်ထားသော ပါးလွှာသောဖလင် အစာကျွေးသည့်နည်းလမ်းများသည် β-Ga 2O3 wafers အမြောက်အမြားထုတ်လုပ်ခြင်းအတွက် အနာဂတ်တွင် အလားအလာအရှိဆုံးနည်းလမ်းများဖြစ်ရန် မျှော်လင့်ပါသည်။ ယခုအချိန်အထိ၊ Japan's Novel Crystal Technology သည် β-Ga2O3 အရည်ပျော်ခြင်းအတွက် စီးပွားဖြစ် matrix ကို သဘောပေါက်ထားပါသည်။
2.1 Czochralski နည်းလမ်း
Czochralski နည်းလမ်း၏ နိယာမမှာ အစေ့အလွှာကို ဦးစွာ ဖုံးအုပ်ထားပြီး၊ ထို့နောက် တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲသည် အရည်ပျော်မှုမှ ဖြည်းညှင်းစွာ ဆွဲထုတ်ခြင်း ဖြစ်သည်။ Czochralski နည်းလမ်းသည် ၎င်း၏ကုန်ကျစရိတ်-ထိရောက်မှု၊ အရွယ်အစားကြီးမားမှုနှင့် အရည်အသွေးမြင့်မားသော ပုံဆောင်ခဲအလွှာကြီးထွားမှုကြောင့် β-Ga2O3 အတွက် ပို၍အရေးကြီးပါသည်။ သို့ရာတွင်၊ Ga2O3 ၏ အပူချိန်မြင့်မားသော ကြီးထွားမှုအတွင်း အပူဖိစီးမှုကြောင့်၊ တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲများ အငွေ့ပျံခြင်း၊ အရည်ပျော်ခြင်းနှင့် Ir crucible များ ပျက်စီးခြင်းတို့ ဖြစ်ပေါ်လိမ့်မည်။ ဤသည်မှာ Ga2O3 တွင် N-type doping နည်းပါးသော ပမာဏကို ရရှိရန် ခက်ခဲခြင်း၏ ရလဒ်ဖြစ်သည်။ ကြီးထွားမှုလေထုထဲသို့ သင့်လျော်သော အောက်ဆီဂျင်ပမာဏကို မိတ်ဆက်ပေးခြင်းသည် ဤပြဿနာကို ဖြေရှင်းရန် နည်းလမ်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းဖြင့်၊ အခမဲ့အီလက်ထရွန်အာရုံစူးစိုက်မှုအကွာအဝေး 10^16~10^19 စင်တီမီတာ-3 နှင့် အမြင့်ဆုံးအီလက်ထရွန်သိပ်သည်းဆ 160 cm2/Vs ပါရှိသော အရည်အသွေးမြင့် 2-လက်မ β-Ga2O3 ကို Czochralski နည်းလမ်းဖြင့် အောင်မြင်စွာ စိုက်ပျိုးထားပါသည်။
ပုံ 2 Czochralski နည်းလမ်းဖြင့် စိုက်ပျိုးထားသော β-Ga2O3 ၏ တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲ
2.2 အနားသတ်သတ်မှတ်ထားသော ရုပ်ရှင်ရိုက်နည်း
အနားသတ်သတ်မှတ်ထားသော ပါးလွှာသောဖလင်ကျွေးသည့်နည်းလမ်းသည် ဧရိယာကြီးမားသော Ga2O3 တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲပစ္စည်းများကို စီးပွားဖြစ်ထုတ်လုပ်ခြင်းအတွက် ဦးဆောင်ပြိုင်ဖက်အဖြစ် ယူဆပါသည်။ ဤနည်းလမ်း၏ နိယာမမှာ သွေးကြောမျှင်အပေါက်တစ်ခုဖြင့် မှိုတစ်ခုတွင် အရည်ပျော်သွားစေရန်ဖြစ်ပြီး သွေးကြောမျှင်များ၏ လုပ်ဆောင်ချက်အားဖြင့် အရည်ပျော်သွားခြင်း ဖြစ်သည်။ ထိပ်တွင် ပါးလွှာသော ဖလင်တစ်ချပ်သည် အစေ့သလင်းကျောက်ဖြင့် ပုံဆောင်ခဲဖြစ်အောင် လှုံ့ဆော်ပေးနေစဉ် လမ်းကြောင်းအရပ်ရပ်သို့ ပျံ့နှံ့သွားသည်။ ထို့အပြင်၊ မှိုအပေါ်ပိုင်း၏အစွန်းများကို အမှုန်အမွှားများ၊ ပြွန်များ၊ သို့မဟုတ် အလိုရှိသော ဂျီသြမေတြီများတွင် ပုံဆောင်ခဲများထုတ်လုပ်ရန် ထိန်းချုပ်နိုင်သည်။ Ga2O3 ၏ အနားသတ်သတ်မှတ်ထားသော ပါးလွှာသော ဖလင်စာကျွေးသည့်နည်းလမ်းသည် လျင်မြန်စွာ ကြီးထွားနှုန်းနှင့် ကြီးမားသော အချင်းများကို ပေးသည်။ ပုံ 3 သည် β-Ga2O3 တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲ၏ ပုံကြမ်းကို ပြထားသည်။ ထို့အပြင်၊ အရွယ်အစားစကေးအရ၊ အလွန်ကောင်းမွန်သော ပွင့်လင်းမြင်သာမှုနှင့် တူညီမှုရှိသော 2-လက်မနှင့် 4-လက်မ β-Ga2O3 အလွှာများကို စီးပွားဖြစ်ရောင်းချခဲ့ပြီး 6-လက်မအလွှာကို အနာဂတ်စီးပွားရေးအတွက် သုတေသနတွင် သရုပ်ပြထားသည်။ မကြာသေးမီက၊ ကြီးမားသော စက်ဝိုင်းပုံသလင်းခဲအမြောက်အများ ပစ္စည်းများကိုလည်း (−201) လမ်းညွှန်မှုဖြင့် ရရှိလာပါသည်။ ထို့အပြင်၊ β-Ga2O3 အနားသတ်သတ်မှတ်ထားသော ဖလင်အစာကျွေးသည့်နည်းလမ်းသည် အသွင်ကူးပြောင်းရေးသတ္တုဒြပ်စင်များကို ဆီးတားခြင်းကိုလည်း အားကောင်းစေပြီး Ga2O3 ၏ သုတေသနနှင့် ပြင်ဆင်မှုတို့ကို ဖြစ်နိုင်ချေရှိစေသည်။
ပုံ 3 β-Ga2O3 တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲအား အနားသတ်သတ်မှတ်ထားသော ဖလင်ကျွေးသည့်နည်းလမ်းဖြင့် စိုက်ပျိုးသည်။
2.3 Bridgeman နည်းလမ်း
Bridgeman နည်းလမ်းတွင်၊ ပုံဆောင်ခဲများကို အပူချိန် gradient မှတဆင့် ဖြည်းဖြည်းချင်း ရွေ့လျားနိုင်သော Crucible တစ်ခုတွင် ဖွဲ့စည်းထားပါသည်။ လုပ်ငန်းစဉ်ကို အများအားဖြင့် rotating crucible ကို အသုံးပြု၍ အလျားလိုက် သို့မဟုတ် ဒေါင်လိုက် တိမ်းညွှတ်မှုဖြင့် လုပ်ဆောင်နိုင်သည်။ ဤနည်းလမ်းသည် ကြည်လင်သောအစေ့များကို အသုံးမပြုနိုင်သည်ကို သတိပြုသင့်သည်။ သမားရိုးကျ Bridgman အော်ပရေတာများသည် အရည်ပျော်ခြင်းနှင့် ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်များကို တိုက်ရိုက်မြင်ယောင်ခြင်း မရှိသည့်အပြင် အပူချိန်ကို တိကျစွာထိန်းချုပ်ရပါမည်။ ဒေါင်လိုက် Bridgman နည်းလမ်းကို β-Ga2O3 ကြီးထွားမှုအတွက် အဓိကအသုံးပြုပြီး လေထုပတ်ဝန်းကျင်တွင် ကြီးထွားနိုင်စွမ်းအတွက် လူသိများသည်။ ဒေါင်လိုက် Bridgman နည်းလမ်း ကြီးထွားမှု လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း၊ အရည်ပျော်ခြင်းနှင့် crucible ၏ စုစုပေါင်းအစုလိုက်အပြုံလိုက်ဆုံးရှုံးမှုသည် 1% အောက်တွင် ထားရှိကာ ကြီးမားသော β-Ga2O3 ပုံဆောင်ခဲများ ကြီးထွားမှုကို အနည်းငယ်မျှသာ ဆုံးရှုံးစေပါသည်။
ပုံ 4 Bridgeman နည်းလမ်းဖြင့် စိုက်ပျိုးထားသော β-Ga2O3 ၏ တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲ
2.4 ရေပေါ်ဇုန်နည်းလမ်း
Floating zone method သည် crucible ပစ္စည်းများကြောင့် crystal ညစ်ညမ်းမှုပြဿနာကို ဖြေရှင်းပေးပြီး အပူချိန်မြင့်မားသော အနီအောက်ရောင်ခြည်သုံး crucibles များနှင့်ဆက်စပ်သော မြင့်မားသောကုန်ကျစရိတ်များကို လျှော့ချပေးသည်။ ဤကြီးထွားမှုဖြစ်စဉ်တွင် အရည်ပျော်မှုကို RF ရင်းမြစ်ထက် မီးခွက်ဖြင့်အပူပေးခြင်းဖြင့် ကြီးထွားမှုကိရိယာများအတွက် လိုအပ်ချက်များကို ရိုးရှင်းစေသည်။ Floating zone နည်းလမ်းဖြင့် စိုက်ပျိုးထားသော β-Ga2O3 ၏ ပုံသဏ္ဍာန်နှင့် ပုံဆောင်ခဲအရည်အသွေးသည် အကောင်းမွန်ဆုံးမဟုတ်သေးသော်လည်း၊ ဤနည်းလမ်းသည် ဘတ်ဂျတ်ဖော်ရွေသော တစ်ခုတည်းသောပုံဆောင်ခဲများအဖြစ်သို့ မြင့်မားသောသန့်စင်မှုရှိသော β-Ga2O3 ကြီးထွားလာမှုအတွက် အလားအလာရှိသောနည်းလမ်းကို ဖွင့်လှစ်ပေးပါသည်။
ပုံ 5 β-Ga2O3 တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲသည် ရေပေါ်ဇုန်နည်းလမ်းဖြင့် စိုက်ပျိုးသည်။
စာတိုက်အချိန်- မေလ ၃၀-၂၀၂၄