සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) සහ ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් (GaN) මගින් නියෝජනය වන පුළුල් කලාප ගැප් (WBG) අර්ධ සන්නායක පුළුල් අවධානයට ලක්ව ඇත. විදුළි වාහන සහ බල ජාල වල සිලිකන් කාබයිඩ් යෙදීමේ අපේක්ෂාවන් මෙන්ම වේගයෙන් ආරෝපණය කිරීමේදී ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් යෙදීමේ අපේක්ෂාවන් පිළිබඳව මිනිසුන්ට ඉහළ බලාපොරොත්තු ඇත. මෑත වසරවලදී, Ga2O3, AlN සහ දියමන්ති ද්රව්ය පිළිබඳ පර්යේෂණ සැලකිය යුතු ප්‍රගතියක් ලබා ඇති අතර, අතිශය පුළුල් කලාප ගැප් අර්ධ සන්නායක ද්රව්ය කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි. ඒවා අතර, ගැලියම් ඔක්සයිඩ් (Ga2O3) යනු 4.8 eV කලාප පරතරයක් සහිත, 8 MV cm-1 ක න්‍යායාත්මක තීරනාත්මක බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්‍ර ශක්තියක්, 2E7cm s-1 ක සන්තෘප්ත ප්‍රවේගයක් සහිත නැගී එන අතිශය පුළුල් කලාප ගැප් අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යයකි. සහ 3000 ක ඉහළ Baliga ගුණාත්මක සාධකයක්, පුළුල් අවධානයක් යොමු කරමින් අධි වෝල්ටීයතා සහ අධි සංඛ්‍යාත බල ඉලෙක්ට්රොනික ක්ෂේත්‍රය.
1. ගැලියම් ඔක්සයිඩ් ද්රව්ය ලක්ෂණ
Ga2O3 සතුව විශාල කලාප පරතරයක් (4.8 eV) ඇත, ඉහළ ඔරොත්තු දෙන වෝල්ටීයතාව සහ ඉහළ බල හැකියාවන් යන දෙකම ලබා ගැනීමට අපේක්ෂා කරන අතර, සාපේක්ෂව අඩු ප්‍රතිරෝධයකින් ඉහළ වෝල්ටීයතා අනුවර්තනය වීමේ විභවයක් තිබිය හැකි අතර, ඒවා වර්තමාන පර්යේෂණවල කේන්ද්‍රස්ථානය බවට පත් කරයි. මීට අමතරව, Ga2O3 හි විශිෂ්ට ද්‍රව්‍යමය ගුණාංග පමණක් නොව, පහසුවෙන් වෙනස් කළ හැකි n-වර්ගයේ මාත්‍රණ තාක්ෂණයන් මෙන්ම අඩු වියදම් උපස්ථර වර්ධනය සහ epitaxy තාක්ෂණයන් ද සපයයි. corundum (α), monoclinic (β), දෝෂ සහිත ස්පිනල් (γ), cubic (δ) සහ orthorhombic (ɛ) අදියර ඇතුළුව Ga2O3 හි මේ වන විට විවිධ ස්ඵටික අවධීන් පහක් සොයාගෙන ඇත. තාප ගතික ස්ථායීතාවයන්, පිළිවෙලින්, γ, δ, α, ɛ සහ β වේ. විශේෂයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී මොනොක්ලිනික් β-Ga2O3 වඩාත්ම ස්ථායී වන අතර අනෙකුත් අදියර කාමර උෂ්ණත්වයට වඩා වෙනස් වන අතර විශේෂිත තාප තත්ව යටතේ β අදියර බවට පරිවර්තනය වීමට නැඹුරු වේ. එබැවින්, β-Ga2O3-පාදක උපාංග සංවර්ධනය මෑත වසරවල බලශක්ති ඉලෙක්ට්රොනික ක්ෂේත්රයේ ප්රධාන අවධානය යොමු කර ඇත.
වගුව 1 සමහර අර්ධ සන්නායක ද්රව්ය පරාමිතීන් සංසන්දනය කිරීම
මොනොක්ලිනික්β-Ga2O3 හි ස්ඵටික ව්‍යුහය 1 වගුවේ දක්වා ඇත. එහි දැලිස් පරාමිතීන් a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, සහ β = 103.8 ° ඇතුළත් වේ. ඒකක සෛලය සමන්විත වන්නේ විකෘති වූ tetrahedral සම්බන්ධීකරණය සහිත Ga(I) පරමාණු සහ අෂ්ටක සම්බන්ධීකරණය සහිත Ga(II) පරමාණු වලින්ය. ත්‍රිකෝණාකාරව සම්බන්ධීකරණය කරන ලද O(I) සහ O(II) පරමාණු දෙකක් සහ tetrahedrally සම්බන්ධීකරණය කළ O(III) පරමාණුවක් ඇතුළුව, "විකෘති වූ ඝනක" අරාවෙහි ඔක්සිජන් පරමාණුවල විවිධ සැකසුම් තුනක් ඇත. මෙම පරමාණුක සම්බන්ධීකරණ වර්ග දෙකේ සංයෝජනය භෞතික විද්‍යාව, රසායනික විඛාදනය, ප්‍රකාශ විද්‍යාව සහ ඉලෙක්ට්රොනික විද්‍යාවේ විශේෂ ගුණ සහිත β-Ga2O3 හි ඇනිසොට්‍රොපියට මග පාදයි.
රූප සටහන 1 මොනොක්ලිනික් β-Ga2O3 ස්ඵටිකයේ ක්‍රමානුකූල ව්‍යුහාත්මක රූප සටහන
ශක්ති කලාප න්‍යායේ දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, β-Ga2O3 හි සන්නායක කලාපයේ අවම අගය Ga පරමාණුවේ 4s0 දෙමුහුන් කක්ෂයට අනුරූප වන ශක්ති තත්ත්වයෙන් ලබා ගනී. සන්නායක කලාපයේ අවම අගය සහ රික්ත ශක්ති මට්ටම (ඉලෙක්ට්‍රෝන සම්බන්ධතා ශක්තිය) අතර ශක්ති වෙනස මනිනු ලැබේ. 4 eV වේ. β-Ga2O3 හි ඵලදායී ඉලෙක්ට්‍රෝන ස්කන්ධය 0.28-0.33 me සහ එහි හිතකර ඉලෙක්ට්රොනික සන්නායකතාව ලෙස මනිනු ලැබේ. කෙසේ වෙතත්, සංයුජතා කලාපයේ උපරිමය ඉතා අඩු වක්‍රයක් සහිත නොගැඹුරු Ek වක්‍රයක් සහ දැඩි ලෙස ස්ථානගත වූ O2p කාක්ෂිකයක් පෙන්නුම් කරයි, එමඟින් සිදුරු ගැඹුරින් ස්ථානගත වී ඇති බව යෝජනා කරයි. β-Ga2O3 හි p-type doping සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා මෙම ලක්ෂණ විශාල අභියෝගයක් වේ. P-type doping සාක්ෂාත් කරගත හැකි වුවද, කුහරය μ ඉතා අඩු මට්ටමක පවතී. 2. තොග ගැලියම් ඔක්සයිඩ් තනි ස්ඵටිකයේ වර්ධනය මෙතෙක්, β-Ga2O3 තොග තනි ස්ඵටික උපස්ථරයේ වර්ධන ක්රමය ප්රධාන වශයෙන් Czochralski (CZ), දාර-නිර්වචනය කළ තුනී පටල පෝෂණ ක්රමය (Edge -Defined film-fed) වැනි ස්ඵටික ඇදීමේ ක්‍රමයයි. , EFG), Bridgman (rtical හෝ තිරස් Bridgman, HB හෝ VB) සහ පාවෙන කලාපය (පාවෙන කලාපය, FZ) තාක්ෂණය. සියලුම ක්‍රම අතර, Czochralski සහ එජ්-නිර්වචනය කරන ලද තුනී පටල පෝෂණ ක්‍රම අනාගතයේ දී β-Ga 2O3 වේෆර් විශාල වශයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා වඩාත්ම පොරොන්දු වූ මාර්ග වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ, මන්ද ඒවාට එකවර විශාල පරිමාවන් සහ අඩු දෝෂ ඝනත්වය ලබා ගත හැකිය. මේ දක්වා, ජපානයේ Novel Crystal Technology විසින් β-Ga2O3 දියවන වර්ධනය සඳහා වාණිජ අනුකෘතියක් සාක්ෂාත් කර ගෙන ඇත.
1.1 Czochralski ක්රමය
Czochralski ක්රමයේ මූලධර්මය වන්නේ බීජ ස්ථරය මුලින්ම ආවරණය වන අතර, පසුව තනි ස්ඵටිකයක් සෙමෙන් දියවී යාමෙන් පිටතට ඇද දමනු ලැබේ. Czochralski ක්රමය එහි පිරිවැය-ඵලදායීතාවය, විශාල ප්‍රමාණයේ හැකියාවන් සහ ඉහළ ස්ඵටික ගුණාත්මක උපස්ථර වර්ධනය හේතුවෙන් β-Ga2O3 සඳහා වඩ වඩාත් වැදගත් වේ. කෙසේ වෙතත්, Ga2O3 හි ඉහළ උෂ්ණත්ව වර්ධනය තුළ තාප ආතතිය හේතුවෙන්, තනි ස්ඵටික වාෂ්පීකරණය, ද්රව්ය ද්රව්ය සහ Ir crucible වලට හානි සිදු වේ. මෙය Ga2O3 හි අඩු n-වර්ගයේ මාත්‍රණය සාක්ෂාත් කර ගැනීමේ දුෂ්කරතාවයේ ප්‍රතිඵලයකි. වර්ධන වායුගෝලයට සුදුසු ඔක්සිජන් ප්‍රමාණයක් හඳුන්වා දීම මෙම ගැටළුව විසඳීමට එක් ක්‍රමයකි. ප්‍රශස්තකරණය හරහා, උසස් තත්ත්වයේ 2-අඟල් β-Ga2O3 නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සාන්ද්‍රණ පරාසය 10^16~10^19 cm-3 සහ උපරිම ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්වය 160 cm2/Vs Czochralski ක්රමය මඟින් සාර්ථකව වර්ධනය කර ඇත.
රූප සටහන 2 Czochralski ක්රමය මගින් වගා කරන ලද β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකයක්
1.2 Edge-defined film feeding method
විශාල ප්‍රදේශයක් වන Ga2O3 තනි ස්ඵටික ද්රව්ය වාණිජ නිෂ්පාදනය සඳහා ප්‍රමුඛතම තරඟකරුවා ලෙස දාර-නිර්වචනය කරන ලද තුනී පටල පෝෂණ ක්රමය සැලකේ. මෙම ක්රමයේ මූලධර්මය වන්නේ කේශනාලිකා ස්ලිට් සහිත අච්චුවක දියවීම තැබීමයි, සහ කේශනාලිකා ක්රියාකාරීත්වය හරහා උණු කිරීම අච්චුව දක්වා ඉහළ යයි. බීජ ස්ඵටිකයක් මගින් ස්ඵටිකීකරණය කිරීමට පෙලඹෙන අතර ඉහළින්, තුනී පටලයක් සාදනු ලබන අතර සෑම දිශාවකටම පැතිරෙයි. මීට අමතරව, පියලි, නල හෝ ඕනෑම අපේක්ෂිත ජ්‍යාමිතියක ස්ඵටික නිපදවීමට අච්චු මුදුනේ දාර පාලනය කළ හැක. Ga2O3 හි දාර-නිර්වචනය කරන ලද තුනී පටල පෝෂණ ක්රමය වේගවත් වර්ධන වේගයන් සහ විශාල විෂ්කම්භයන් සපයයි. රූප සටහන 3 හි දැක්වෙන්නේ β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකයක රූප සටහනකි. මීට අමතරව, ප්‍රමාණයේ පරිමාණය අනුව, අඟල් 2 සහ අඟල් 4 β-Ga2O3 උපස්ථර විශිෂ්ට විනිවිදභාවය සහ ඒකාකාරිත්වය සමඟ වාණිජකරණය කර ඇති අතර, අඟල් 6 උපස්ථරය අනාගත වාණිජකරණය සඳහා පර්යේෂණ වලදී ප්‍රදර්ශනය කෙරේ. මෑතකදී, විශාල වෘත්තාකාර තනි-ස්ඵටික තොග ද්රව්ය ද (-201) දිශානතිය සමඟ ලබා ගත හැකි විය. මීට අමතරව, β-Ga2O3 දාර-නිර්වචනය කරන ලද චිත්‍රපට පෝෂණ ක්රමය ද සංක්‍රාන්ති ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය මාත්‍රණය කිරීම ප්‍රවර්ධනය කරයි, Ga2O3 පර්යේෂණ සහ සකස් කිරීම කළ හැකිය.
රූප සටහන 3 β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකයක් අද්දර-නිර්වචනය කරන ලද චිත්‍රපට පෝෂක ක්රමය මගින් වර්ධනය කරන ලදී
1.3 බ්‍රිජ්මන් ක්රමය
බ්‍රිජ්මන් ක්‍රමයේදී, ස්ඵටික සෑදී ඇත්තේ උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමයක් හරහා ක්‍රමයෙන් චලනය වන කෲස් එකක ය. සාමාන්‍යයෙන් භ්‍රමණය වන කුරුසයක් භාවිතයෙන් ක්‍රියාවලිය තිරස් හෝ සිරස් දිශානතියකින් සිදු කළ හැක. මෙම ක්රමය ස්ඵටික බීජ භාවිතා කළ හැකි හෝ නොකළ හැකි බව සඳහන් කිරීම වටී. සාම්ප්‍රදායික බ්‍රිජ්මන් ක්‍රියාකරුවන්ට දියවන සහ ස්ඵටික වර්ධන ක්‍රියාවලීන් සෘජු දෘශ්‍යකරණයක් නොමැති අතර ඉහළ නිරවද්‍යතාවයකින් උෂ්ණත්වය පාලනය කළ යුතුය. සිරස් බ්‍රිජ්මන් ක්රමය ප්රධාන වශයෙන් β-Ga2O3 වර්ධනය සඳහා භාවිතා වන අතර එය වායු පරිසරයක වර්ධනය වීමට ඇති හැකියාව සඳහා ප්‍රසිද්ධය. සිරස් බ්‍රිජ්මන් ක්රමයේ වර්ධක ක්‍රියාවලියේදී, දියවන සහ කුරුසයේ සම්පූර්ණ ස්කන්ධ අලාභය 1% ට වඩා අඩුවෙන් තබා ගන්නා අතර, අවම අලාභයක් සහිත විශාල β-Ga2O3 තනි ස්ඵටික වර්ධනයට හැකියාව ලැබේ.
රූපය 4 බ්‍රිජ්මන් ක්රමය මගින් වර්ධනය කරන ලද β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකයක්
1.4 පාවෙන කලාප ක්රමය
පාවෙන කලාපීය ක්රමය ක්‍රුසිබල් ද්රව්ය මගින් ස්ඵටික දූෂණය වීමේ ගැටලුව විසඳන අතර ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතිරෝධී අධෝරක්ත කිරණ සමඟ සම්බන්ධ අධික පිරිවැය අඩු කරයි. මෙම වර්ධන ක්‍රියාවලියේදී, උණු කිරීම RF ප්‍රභවයකට වඩා ලාම්පුවකින් රත් කළ හැකි අතර එමඟින් වර්ධන උපකරණ සඳහා අවශ්‍යතා සරල කරයි. පාවෙන කලාප ක්රමය මඟින් වර්ධනය කරන ලද β-Ga2O3 හි හැඩය සහ ස්ඵටික ගුණය තවමත් ප්‍රශස්ත මට්ටමක නොතිබුණද, මෙම ක්රමය මඟින් අධි-පිරිසිදු β-Ga2O3 අයවැය-හිතකාමී තනි ස්ඵටික බවට වර්ධනය කිරීම සඳහා හොඳ ක්‍රමයක් විවෘත කරයි.
රූප සටහන 5 β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකයක් පාවෙන කලාප ක්රමය මගින් වර්ධනය කර ඇත.
පසු කාලය: මැයි-30-2024