Gallium oxide hal crystal iyo tignoolajiyada koritaanka epitaxial

Baadhitaanka ballaaran (WBG) semiconductors oo ay matalaan silicon carbide (SiC) iyo gallium nitride (GaN) ayaa helay dareen baahsan. Dadku waxay leeyihiin rajooyin sare oo ku saabsan codsiga silikon carbide ee baabuurta korantada iyo korantada, iyo sidoo kale rajada codsiga gallium nitride ee ku dallaca degdega ah. Sanadihii la soo dhaafay, cilmi baarista Ga2O3, AlN iyo agabyada dheemanka ayaa sameeyay horumar la taaban karo, taas oo ka dhigaysa agab-koondheriyeyaasha bandgap ultra-ballaaran diiradda diiradda. iyaga ka mid ah, gallium oxide (Ga2O3) waa soo baxaya ultra-ballaaran-bandgap semiconductor walxo leh farqiga band of 4.8 eV, a teoretical burbur xoog beerka ah oo ku saabsan 8 MV cm-1, xawaaraha saturation ah oo ku saabsan 2E7cm s-1, iyo qodobka tayada sare ee Baliga ee 3000, isagoo helaya fiiro gaar ah oo ku saabsan goobta korantada sare iyo awoodda soo noqnoqda sare elektarooniga

1. Gallium oxide sifooyinka walxaha

Ga2O3 waxay leedahay farqi weyn oo band ah (4.8 eV), ayaa la filayaa in la gaaro labadaba awoodda adkeysiga sare iyo awoodda sare ee awoodda, waxayna yeelan kartaa suurtagalnimada la qabsiga tamarta sare ee iska caabbinta hooseeya, taas oo ka dhigaysa diiradda cilmi-baarista hadda. Intaa waxaa dheer, Ga2O3 ma aha oo kaliya in ay leedahay sifooyin aad u wanaagsan, laakiin sidoo kale waxay bixisaa noocyo kala duwan oo si fudud loo hagaajin karo n-nooca doping teknoolajiyada, iyo sidoo kale koritaanka substrate-ka jaban iyo teknoolajiyada epitaxy. Ilaa hadda, shan waji oo kala duwan ayaa laga helay Ga2O3, oo ay ku jiraan corundum (α), monoclinic (β), spinel cilladaysan (γ), cubic (δ) iyo orthorhombic (ɛ) wejiyada. Xasiloonida kuleylku waa, siday u kala horreeyaan, γ, δ, α, ɛ, iyo β. Waxaa xusid mudan in monoclinic β-Ga2O3 uu yahay kan ugu xasilloon, gaar ahaan heerkulka sare, halka wejiyada kale ay ka sarreeyaan heerkulka qolka waxayna u muuqdaan inay u beddelaan wejiga β ee xaaladaha kulaylka gaarka ah. Sidaa darteed, horumarinta aaladaha ku saleysan β-Ga2O3 ayaa noqday diiradda ugu weyn ee dhanka korantada korontada sannadihii la soo dhaafay.

Shaxda 1 Isbarbardhigga qaar ka mid ah xudduudaha walxaha semiconductor

Qaab dhismeedka kareemka ee monoclinicβ-Ga2O3 ayaa lagu muujiyay shaxda 1. Xakamaynta xargaha waxaa ka mid ah a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, iyo β = 103.8 °. Unuggu waxa uu ka kooban yahay atamka Ga(I) oo leh iskudubarid tetrahedral oo qalloocan iyo atamka Ga(II) oo leh iskudubarid octahedral. Waxa jira saddex habab oo kala duwan oo atamka ogsijiinta ah oo ku jira shaxanka “cubic-ku-maroojin”, oo ay ku jiraan laba atamka saddex-geesoodka ah ee O(I) iyo O (II) iyo hal tetrahedrally coordinated O(III) atamka. Isku darka labadan nooc ee isuduwidda atomigu waxay keenaysaa anisotropy of β-Ga2O3 oo leh sifooyin gaar ah oo fiisigiska, daxalka kiimikada, indhaha iyo elektiroonigga ah.

Jaantuska 1 Jaantuska qaabdhismeedka qaabdhismeedka ee monoclinic β-Ga2O3 crystal

Marka loo eego aragtida band tamarta, qiimaha ugu yar ee band conduction ee β-Ga2O3 waxaa laga soo qaatay gobolka tamarta u dhigma 4s0 hybrid orbit ee Ga atamka ah. Farqiga tamarta u dhexeeya qiimaha ugu yar ee band conduction iyo heerka tamarta vacuum ah (electron affinity energy) waa la cabbiraa. waa 4 eV. Baaxadda elektarooniga ah ee wax ku oolka ah ee β-Ga2O3 waxaa lagu qiyaasaa 0.28-0.33 aniga iyo hab-dhaqankeeda elektiroonigga ah ee wanaagsan. Si kastaba ha ahaatee, band valence ugu badnaan waxay soo bandhigaysaa qalooca Ek gacmeed oo leh qallooc aad u hooseeya oo si adag loo maxaliyay O2p orbitals, taasoo soo jeedinaysa in godadka ay si qoto dheer u degaan. Tilmaamahani waxay keenayaan caqabad weyn si loo gaaro doping nooca p-ga β-Ga2O3. Xitaa haddii doping nooca P-ga la gaari karo, daloolku μ wuxuu ahaanayaa heer aad u hooseeya. 2. Kobaca bulk gallium oxide hal crystal Ilaa hadda, habka korriinka ee β-Ga2O3 bulk substrate crystal waa inta badan habka jiidashada crystal, sida Czochralski (CZ), habka quudinta filimada khafiif ah gees-qeexee , EFG), Bridgman (Rtical ama horizontal Bridgman, HB ama VB) iyo aagga sabeynaya (aagga sabbaynaya, FZ) farsamada. Dhammaan hababka, Czochralski iyo hababka quudinta khafiifka ah ee khafiifka ah ayaa la filayaa inay noqdaan waddooyinka ugu rajo-gelinta badan ee wax-soo-saarka ballaaran ee β-Ga 2O3 wafers mustaqbalka, maadaama ay isku mar ku gaari karaan qiyaaso waaweyn iyo cufnaanta cilladaha hooseeya. Ilaa hadda, Tignoolajiyada Novel Crystal ee Japan waxay xaqiiqsatay matrix ganacsi oo loogu talagalay koritaanka dhalaalka β-Ga2O3.

1.1 Habka Czochralski

Mabda'a habka Czochralski waa in lakabka abuurka marka hore la daboolo, ka dibna hal crystal ayaa si tartiib ah uga soo baxaya dhalaalka. Habka Czochralski ayaa si isa soo taraysa muhiim ugu ah β-Ga2O3 sababtoo ah waxtarkeeda kharash-ku-oolnimada, awoodaha cabbirka weyn, iyo kobaca substrate tayo sare leh. Si kastaba ha ahaatee, cadaadiska kulaylka awgeed inta lagu jiro korriinka heerkulka sare ee Ga2O3, uumiga hal kiristaalo, walxaha dhalaali, iyo dhaawaca Ir crucible ayaa dhacaya. Tani waa natiijada dhibaatada lagu gaari karo doping nooca n-hoose ee Ga2O3. Soo bandhigida qadar ku habboon oo ogsijiin ah jawiga koritaanka waa hal dariiqo oo lagu xalliyo dhibaatadan. Iyada oo la hagaajinayo, tayada sare ee 2-inch β-Ga2O3 oo leh kala duwanaansho elektaroonig ah oo bilaash ah oo ah 10 ^ 16 ~ 10 ^ 19 cm-3 iyo cufnaanta ugu badan ee elektarooniga ah ee 160 cm2 / Vs ayaa si guul leh u koray habka Czochralski.

Jaantuska 2 Hal kiristaalo oo β-Ga2O3 ah oo lagu koray habka Czochralski

1.2 Habka quudinta filimka gees-qeexay

Habka quudinta filimka khafiifka ah ee cidhif-ku qeexan ayaa loo arkaa inuu yahay hormuudka u tartamaya wax-soo-saarka ganacsiga ee aagga weyn ee Ga2O3 agabka quraaradda ah. Mabda'a habkani waa in dhalaalka lagu dhejiyo caaryada leh jeexan jeexan, dhalaalkuna wuxuu u kacaa caaryada iyada oo loo marayo ficilka xididka. Xagga sare, filim khafiif ah ayaa sameysma oo ku faafta dhammaan jihooyinka iyadoo lagu dhiirigelinayo in uu kariyo kiristada abuurka. Intaa waxaa dheer, cidhifyada caaryada sare waa la kontarooli karaa si loo soo saaro crystals ee jajabyada, tuubooyinka, ama joomatari kasta oo la doonayo. Habka quudinta filimka khafiifka ah ee cidhif-ku qeexan ee Ga2O3 waxay bixisaa heerar korriin degdeg ah iyo dhexroor waaweyn. Jaantuska 3 wuxuu muujinayaa jaantuska β-Ga2O3 hal crystal ah. Intaa waxaa dheer, marka la eego cabbirka cabbirka, 2-inch iyo 4-inch β-Ga2O3 substrates oo leh hufnaan aad u wanaagsan iyo midnimo ayaa la ganacsiyeeyay, halka 6-inch substrate lagu muujiyay cilmi baarista ganacsi mustaqbalka. Dhowaan, qalabyo waaweyn oo hal-crystal ah oo wareeg ah ayaa sidoo kale la helay (-201) hanuunin. Intaa waxaa dheer, habka quudinta filimka β-Ga2O3 ee cidhif-qeexeedka sidoo kale wuxuu kor u qaadaa doping-ka walxaha birta ee kala-guurka ah, samaynta cilmi-baarista iyo diyaarinta Ga2O3 suurtagal ah.

Jaantus 3 β-Ga2O3 hal kiristaalo ah oo lagu koray habka quudinta filimka gees-ku qeexan

1.3 Habka Bridgeman

Habka Bridgeman, kiristaalo ayaa lagu sameeyay qolof ah oo si tartiib tartiib ah loo dhex marayo heerkulbeegga. Habka waxaa lagu samayn karaa jihooyin toosan ama toosan, badiyaa iyadoo la isticmaalayo maro wareeg ah. Waxaa xusid mudan in habkan laga yaabo ama laga yaabo inuu isticmaalo iniinaha crystals. Hawl-wadeennada Bridgman-dhaqameedku waxay ka maqan yihiin muuqaal toos ah oo ku saabsan hababka korriinka dhalaalka iyo crystal waana inay ku xakameeyaan heerkulka si sax ah oo sarreeya. Habka Bridgman toosan waxaa inta badan loo adeegsadaa korriinka β-Ga2O3 waxaana lagu yaqaanaa awoodda ay u leedahay in ay ku koraan jawiga hawada. Inta lagu jiro geeddi-socodka kobaca habka tooska ah ee Bridgman, wadarta guud ee luminta dhalaalka iyo qulqulka ayaa lagu hayaa ka hooseeya 1%, taas oo awood u siinaysa koritaanka β-Ga2O3 hal kiristaalo oo leh khasaare ugu yar.

Jaantuska 4 Hal kiristaalo oo β-Ga2O3 ah oo uu koray habka Bridgeman

1.4 Habka aagga sabbaynaya

Habka aagga sabayntu waxa uu xalliyaa dhibaatada wasakhaynta kristaalka ah ee alaabada la kariyey waxayna yaraynaysaa kharashyada sare ee la xidhiidha heerkul sare oo u adkaysta qulqulka infrared. Inta lagu jiro habka korriinka, dhalaalka waxaa lagu kululayn karaa laambad halkii laga heli lahaa ilaha RF, sidaas darteed fududeynaya shuruudaha qalabka koritaanka. Inkasta oo qaabka iyo tayada crystal ee β-Ga2O3 oo ay kortay habka aagga sabayntu aanay weli fiicnayn, habkani waxa uu furayaa hab rajo leh oo lagu kobcinayo nadiifnimada sare ee β-Ga2O3 ee miisaaniyad-saaxiibtinimo hal kiristaalo ah.

Jaantuska 5 β-Ga2O3 hal kiristaalo ah oo uu koray habka aagga sabaynaya.