Ба нимноқилҳои фарохмаҷрои (WBG), ки бо карбиди кремний (SiC) ва нитриди галлий (GaN) муаррифӣ шудаанд, таваҷҷуҳи васеъ пайдо кардаанд. Одамон аз дурнамои истифодаи карбиди кремний дар мошинҳои барқӣ ва шабакаҳои барқӣ, инчунин дурнамои истифодаи нитриди галлий дар пуркунии зуд интизориҳои зиёд доранд. Дар солҳои охир тадқиқот оид ба Ga2O3, AlN ва маводи алмос пешрафти назаррас ба даст оварда, маводи нимноқилҳои ултра-васеъро дар маркази таваҷҷӯҳ қарор доданд. Дар байни онҳо, оксиди галлий (Ga2O3) як маводи нимноқилҳои ултра-васеъ бо фосилаи банд 4,8 эВ, қувваи назариявии критикии майдони шикаста тақрибан 8 МВ см-1, суръати сершавӣ тақрибан 2E7cm с-1, ва омили баланди сифати Балига аз 3000, ки дар соҳаи шиддати баланд таваҷҷӯҳи васеъро ҷалб мекунад ва электроникаи баландбасомад.
1. Хусусиятҳои маводи оксиди галлий
Ga2O3 дорои фосилаи калони диапазон (4,8 эВ) мебошад, ки интизор меравад, ки ҳам ба шиддати баланд тобовар ва ҳам қобилиятҳои қудрати баланд ба даст ояд ва метавонад барои мутобиқшавӣ ба шиддати баланд дар муқовимати нисбатан кам дошта бошад, ки онҳоро дар маркази тадқиқоти ҷорӣ қарор медиҳад. Илова бар ин, Ga2O3 на танҳо хосиятҳои хуби моддӣ дорад, балки инчунин технологияҳои гуногуни ба осонӣ танзимшавандаи допинги навъи n, инчунин афзоиши субстратҳои арзон ва технологияҳои эпитаксияро таъмин мекунад. То ба ҳол дар Ga2O3 панҷ фазаҳои гуногуни кристалл кашф шудаанд, аз ҷумла корунд (α), моноклиникӣ (β), шпинели ноқис (γ), фазаҳои кубӣ (δ) ва орторомбӣ (ɛ). Устувориҳои термодинамикӣ бо навбат γ, δ, α, ɛ ва β мебошанд. Қобили зикр аст, ки моноклиникӣ β-Ga2O3 устувортарин аст, махсусан дар ҳарорати баланд, дар ҳоле ки фазаҳои дигар болотар аз ҳарорати хонагӣ метастабил буда, дар шароити махсуси гармӣ майл ба фазаи β табдил меёбанд. Аз ин рӯ, таҳияи дастгоҳҳои β-Ga2O3 дар солҳои охир дар соҳаи электроникаи энергетикӣ диққати асосӣ пайдо кардааст.
Ҷадвали 1 Муқоисаи баъзе параметрҳои маводи нимноқил
Сохтори булӯрии monoclinicβ-Ga2O3 дар ҷадвали 1 нишон дода шудааст. Параметрҳои торҳои он a = 12,21 Å, b = 3,04 Å, c = 5,8 Å ва β = 103,8 ° -ро дар бар мегиранд. Ҳуҷайраи воҳид аз атомҳои Ga(I) бо координатсияи каҷшудаи тетраэдралӣ ва атомҳои Ga(II) бо ҳамоҳангсозии октаэдрӣ иборат аст. Дар массиви "куби каҷ" се сохтори гуногуни атомҳои оксиген мавҷуданд, аз ҷумла ду атоми секунҷаи ҳамоҳангшудаи O (I) ва O (II) ва як атоми тетраэдрӣ ҳамоҳангшудаи O (III). Омезиши ин ду намуди координатсияи атомӣ боиси анизотропии β-Ga2O3 бо хосиятҳои махсус дар физика, зангзании химиявӣ, оптика ва электроника мегардад.
Расми 1 Диаграммаи сохтории моноклиникӣ β-Ga2O3
Аз нуқтаи назари назарияи бандҳои энергетикӣ арзиши ҳадди ақали банди гузарониши β-Ga2O3 аз ҳолати энергетикии мувофиқ ба орбитаи гибридии 4s0 атоми Ga гирифта мешавад. Тафовути энергияи байни арзиши минималии банди ноқилӣ ва сатҳи энергияи вакуумӣ (энергияи наздикии электронӣ) чен карда мешавад. 4 эВ аст. Массаи самараноки электронии β-Ga2O3 0,28–0,33 m ва гузарониши электронии мусоиди он чен карда мешавад. Бо вуҷуди ин, ҳадди банди валентӣ каҷравии наонқадаи Экро бо каҷшавии хеле паст ва орбиталҳои сахт локализатсияшудаи O2p нишон медиҳад, ки сӯрохиҳо амиқ ҷойгир шудаанд. Ин хусусиятҳо барои ноил шудан ба допинги навъи p дар β-Ga2O3 мушкилоти бузург доранд. Ҳатто агар допинги навъи P ба даст оварда шавад ҳам, сӯрохи μ дар сатҳи хеле паст боқӣ мемонад. 2. Афзоиши як кристалл оксиди галлий массивӣ То ба ҳол, усули афзоиши оксиди ягонаи кристаллӣ β-Ga2O3 асосан усули кашидани кристалл, ба монанди Czochralski (CZ), усули ѓизодињии филми тунуки канори муайяншуда (Edge -Defined film-fed) мебошад. , EFG), Бридгман (Bridgman rtical ё уфуқӣ, HB ё VB) ва технологияи минтақаи шинокунанда (минтақаи шинокунанда, ФЗ). Дар байни хамаи усулхо, усулхои гизодихй бо плёнкаи тунуки бо канори Чечральский дар оянда пешомадноктарин барои истехсоли оммавии пластинкахои β-Ga 2O3 мебошанд, зеро онхо дар як вакт ба хачми калон ва зичии пасти камбудихо ноил шуда метавонанд. То ба ҳол, Novel Crystal Technology-и Ҷопон матритсаи тиҷоратиро барои афзоиши обшавии β-Ga2O3 амалӣ кардааст.
1.1 Усули Чохральский
Принципи усули Чочральский аз он иборат аст, ки аввал кабати тухмй пушонда, баъд монокристалл охиста-охиста аз гудохта кашида мешавад. Усули Czochralski барои β-Ga2O3 аз сабаби самаранокии он, қобилиятҳои андозаи калон ва афзоиши субстрат сифати баланди кристалл аҳамияти бештар дорад. Аммо аз сабаби фишори гарми хангоми афзоиши харорати баланди Ga2O3 бухоршавии монокристалхо, маводи гудохта ва вайроншавии тигели Ир ба амал меояд. Ин натиҷаи душворӣ дар ноил шудан ба допинги навъи n дар Ga2O3 мебошад. Ворид кардани миқдори мувофиқи оксиген ба атмосфераи афзоиш яке аз роҳҳои ҳалли ин мушкилот аст. Тавассути оптимизация бо усули Чочральский 2-дюймаи β-Ga2O3-и баландсифат бо диапазони консентратсияи озоди электронҳо 10^16~10^19 см-3 ва зичии максималии электронҳо 160 см2/Vs бомуваффақият парвариш карда шуд.
Расми 2 Монокристалли β-Ga2O3, ки бо усули Чохральский парвариш карда шудааст
1.2 Усули ѓизодињии филми канори муайян
Усули ѓизодињии филми борик, ки аз канор муайян карда шудааст, довталаби пешбари истењсоли тиљоратии масоњати калони масоњати яккристалл Ga2O3 ба њисоб меравад. Принсипи ин усул аз он иборат аст, ки гудохта дар қолаби дорои сӯрохии капиллярӣ ҷойгир карда мешавад ва гудохта тавассути таъсири капиллярӣ ба қолаб мебарояд. Дар боло, як филми борик ба вуҷуд меояд ва дар ҳама самтҳо паҳн мешавад, дар ҳоле ки кристаллизатсия аз ҷониби кристаллҳои тухмӣ бармеангезад. Илова бар ин, кунҷҳои болои қолабро барои тавлиди кристаллҳо дар флакҳо, қубурҳо ё ҳама гуна геометрияи дилхоҳ назорат кардан мумкин аст. Усули ѓизодињии филми тунуки дар канори муайяншудаи Ga2O3 суръати афзоиши босуръат ва диаметри калонро таъмин мекунад. Дар расми 3 диаграммаи як кристалл β-Ga2O3 нишон дода шудааст. Илова бар ин, аз рӯи миқёси андоза, субстратҳои 2-дюйма ва 4-дюймаи β-Ga2O3 бо шаффофият ва якрангии аъло тиҷоратӣ карда шуданд, дар ҳоле ки субстрати 6-дюйма дар таҳқиқот барои тиҷорати оянда нишон дода шудааст. Ба наздикӣ, масолеҳи калони даврашаклии яккристаллӣ низ бо самти (-201) дастрас шуданд. Илова бар ин, усули ѓизодињии плёнкаи канори β-Ga2O3 инчунин ба допинги элементњои металлии гузариш мусоидат намуда, тањќиќ ва омодасозии Ga2O3-ро имконпазир месозад.
Тасвири 3 β-Ga2O3 як кристалл, ки бо усули ѓизодињии филми канори муайяншуда парвариш карда шудааст
1.3 Усули Бриджмен
Дар усули Бриджман, кристаллҳо дар тигел ба вуҷуд меоянд, ки тадриҷан тавассути градиенти ҳарорат ҳаракат мекунанд. Равандро метавон дар самти уфуқӣ ё амудӣ, одатан бо истифода аз тигели даврзананда анҷом дод. Қобили зикр аст, ки ин усул метавонад тухмии кристаллро истифода барад ё не. Операторони анъанавии Бридгман визуалии мустақими равандҳои обшавӣ ва кристаллро надоранд ва бояд ҳароратро бо дақиқии баланд назорат кунанд. Усули амудии Бридҷман асосан барои афзоиши β-Ga2O3 истифода мешавад ва бо қобилияти афзоиш дар муҳити ҳаво маълум аст. Дар ҷараёни афзоиши усули амудии Бридҷман, талафоти умумии массаи гудохта ва тигел дар зери 1% нигоҳ дошта мешавад, ки имкон медиҳад, ки кристаллҳои бузурги β-Ga2O3 бо талафоти ҳадди ақал афзоиш ёбад.
Расми 4 Монокристали β-Ga2O3 бо усули Бриджмен парвариш карда шудааст
1.4 Усули минтақаи шинокунанда
Усули минтақаи шинокунанда мушкилоти ифлосшавии булӯрро бо маводи тигел ҳал мекунад ва хароҷоти баланди марбут ба тигелҳои инфрасурх ба ҳарорати баланд тобоварро коҳиш медиҳад. Дар давоми ин раванди афзоиш, гудохта метавонад бо лампа гарм карда шавад, на манбаи РБ ва ҳамин тавр талаботро барои таҷҳизоти афзоиш осонтар мекунад. Ҳарчанд шакл ва сифати кристаллии β-Ga2O3, ки бо усули минтақаи шинокунанда парвариш карда мешавад, ҳанӯз оптималӣ нестанд, ин усул усули ояндадори парвариши β-Ga2O3-ро ба кристаллҳои аз ҷиҳати буҷет мувофиқ мебахшад.
Расми 5 монокристалл β-Ga2O3, ки бо усули минтақаи шинокунанда парвариш карда шудааст.
Вақти фиристодан: май-30-2024