Silikon karbid (SiC) we galiý nitrid (GaN) bilen görkezilen giň zolakly (WBG) ýarymgeçirijiler giňden ünsi çekdi. Adamlar elektrik ulaglarynda we elektrik torlarynda kremniý karbidiň ulanylyş perspektiwalaryna, şeýle hem çalt zarýad bermekde galiý nitridiniň ulanylyşyna uly umyt baglaýarlar. Soňky ýyllarda Ga2O3, AlN we göwher materiallary boýunça geçirilen gözlegler ep-esli ösüş gazandy we ultra giň zolakly ýarymgeçiriji materiallary üns merkezine öwürdi. Şolaryň arasynda galiý oksidi (Ga2O3), 4,8 eV aralyk boşlugy bilen ýüze çykýan ultra giň zolakly ýarymgeçiriji material, takmynan 8 MV sm-1 teoretiki kritiki bölüniş meýdany, doýma tizligi takmynan 2E7cm s-1, volokary woltly we ýokary ýygylykly elektronika pudagynda giňden üns alýan 3000-den ýokary Baliga hil faktory.
1. Galiý oksidiniň material aýratynlyklary
Ga2O3 uly zolakly boşluga (4,8 eV) eýe, ýokary çydamly naprýa .eniýe we ýokary güýç kuwwatyna ýeter diýlip garaşylýar we has pes garşylykda ýokary woltly uýgunlaşma potensialyna eýe bolup, olary häzirki gözlegleriň merkezine öwürýär. Mundan başga-da, Ga2O3 diňe bir ajaýyp maddy aýratynlyklara eýe bolman, eýsem aňsat sazlanyp bilinýän n görnüşli doping tehnologiýalaryny, şeýle hem arzan bahaly substratyň ösüşini we epitaksiýa tehnologiýalaryny üpjün edýär. Ga2O3-de şu wagta çenli korund (α), monoklin (β), kemçilikli şpil (γ), kub (δ) we ortorombiki (ɛ) fazalary öz içine alýan bäş dürli kristal faza tapyldy. Termodinamiki durnuklyklar, tertip boýunça, γ, δ, α, ɛ, β. Monokliniki β-Ga2O3 iň durnukly, esasanam ýokary temperaturada, beýleki fazalar otag temperaturasyndan ýokary bolup, belli bir ýylylyk şertlerinde β faza öwrülip biljekdigini bellemelidiris. Şonuň üçin β-Ga2O3 esasly enjamlaryň ösüşi soňky ýyllarda elektrik elektronikasy pudagynda esasy meselä öwrüldi.
1-nji tablisa Käbir ýarymgeçirijiniň material parametrlerini deňeşdirmek
Monoklinikβ-Ga2O3-iň kristal gurluşy 1-nji tablisada görkezilýär. Onuň panjara parametrlerine a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å we β = 103,8 ° degişlidir. Bölüm öýjügi bükülen tetraedral koordinasiýa bilen Ga (I) atomlaryndan we oktaedral koordinasiýa bilen Ga (II) atomlaryndan durýar. “Bükülen kub” massiwinde kislorod atomlarynyň üç dürli tertibi bar, şol sanda iki üçburçluk koordinirlenen O (I) we O (II) atomlary we bir tetraedral taýdan utgaşdyrylan O (III) atom. Atom utgaşdyrylyşynyň bu iki görnüşiniň birleşmegi, fizika, himiki poslama, optika we elektronika aýratyn aýratynlyklary bolan β-Ga2O3 anizotropiýasyna getirýär.
Surat 1 Monokliniki β-Ga2O3 kristalynyň shematiki gurluş diagrammasy
Energiýa zolagy teoriýasy nukdaýnazaryndan β-Ga2O3 geçiriji zolagyň iň pes bahasy Ga atomynyň 4s0 gibrid orbitasyna gabat gelýän energiýa ýagdaýyndan alynýar. Geçiriji zolagyň iň pes bahasy bilen wakuum energiýa derejesiniň (elektron ýakynlyk energiýasy) arasyndaky energiýa tapawudy ölçelýär. 4 eV. --Ga2O3-iň täsirli elektron massasy 0,28–0.33 me we amatly elektron geçirijiligi bilen ölçelýär. Şeýle-de bolsa, walent zolagy iň pes egrilikli we güýçli lokallaşdyrylan O2p orbitalary bilen çuňňur Ek egrisini görkezýär, bu deşikleriň çuňňur lokallaşdyrylandygyny görkezýär. Bu aýratynlyklar β-Ga2O3-de p görnüşli doping gazanmak üçin uly kynçylyk döredýär. P görnüşli doping gazanyp bolýan hem bolsa, deşik very gaty pes derejede galýar. 2. Köp mukdarda galliý oksidiniň ýekeje kristalynyň ösüşi Şu wagta çenli β-Ga2O3 köp kristal substratyň ösüş usuly, esasan, Czochralski (CZ), gyrasy kesgitlenen inçe film iýmitlendiriş usuly (Edge-kesgitlenen film bilen iýmitlenýär) , EFG), Bridgman (rtiki ýa-da keseligine Bridgman, HB ýa-da VB) we ýüzýän zona (ýüzýän zona, FZ) tehnologiýasy. Methodshli usullaryň arasynda Czochralski we gyrasy kesgitlenen inçe film bilen iýmitlendirmek usullarynyň geljekde β-Ga 2O3 wafli köpçülikleýin öndürilmegi üçin iň geljegi uly ýol bolmagyna garaşylýar, sebäbi şol bir wagtyň özünde uly göwrümlere we pes kemçilik dykyzlygyna ýetip bilerler. Şu wagta çenli Japanaponiýanyň “Novel Kristal Technology” eritmek üçin täjirçilik matrisa β-Ga2O3 amala aşyrdy.
1.1 Çzochralski usuly
Czochralski usulynyň ýörelgesi, tohum gatlagynyň ilki bilen örtülmegidir, soň bolsa eremeden ýekeje kristal ýuwaş-ýuwaşdan çykarylýar. Czochralski usuly, çykdajylylygy, uly göwrümli mümkinçilikleri we ýokary hrustal hilli substratyň ösmegi sebäpli β-Ga2O3 üçin has möhümdir. Şeýle-de bolsa, Ga2O3-iň ýokary temperaturaly ösüşinde ýylylyk stresleri sebäpli ýekeje kristallaryň bugarmagy, ereýän materiallar we Ir çüýşesine zeper ýeter. Bu, Ga2O3-de pes n görnüşli doping gazanmagy kynlaşdyrmagyň netijesidir. Ösüş atmosferasyna degişli mukdarda kislorod girizmek bu meseläni çözmegiň bir usulydyr. Optimizasiýa arkaly 10 ^ 16 ~ 10 ^ 19 sm-3 erkin elektron konsentrasiýa diapazony we ýokary derejeli 2 dýuým β-Ga2O3 we iň ýokary elektron dykyzlygy 160 sm2 / Vs Czochralski usuly bilen üstünlikli ösdürildi.
2-nji surat Czochralski usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen β-Ga2O3 kristaly
1.2 Gyrada kesgitlenen film iýmitlendiriş usuly
Gyrasy kesgitlenen inçe film bilen iýmitlendirmek usuly, uly meýdany Ga2O3 ýeke kristal materiallaryny täjirçilik önümçiliginde esasy bäsdeş hasaplaýar. Bu usulyň ýörelgesi, eritmäni kapilýar ýyrtyk bir galypda ýerleşdirmekdir we eritme kapilýar hereketi arkaly galypda ýokarlanýar. Theokarky böleginde tohum kristalynyň kristallaşmagyna itergi berlende inçe film emele gelýär we hemme tarapa ýaýraýar. Mundan başga-da, galyndylaryň ýokarsyndaky gyralary, turbalarda ýa-da islenýän geometriýada kristallary öndürmek üçin dolandyryp bolýar. Ga2O3-iň gyrasy bilen kesgitlenen inçe film iýmitlendiriş usuly çalt ösüş depginlerini we uly diametrleri üpjün edýär. 3-nji suratda β-Ga2O3 ýeke kristalyň diagrammasy görkezilýär. Mundan başga-da, ululygy boýunça 2 dýuým we 4 dýuým β-Ga2O3 substratlary ajaýyp aç-açanlyk we birmeňzeşlik bilen söwda edildi, 6 dýuým substrat geljekde täjirleşdirmek üçin gözleglerde görkezilýär. Recentlyakynda (−201) ugry bilen uly tegelek ýeke-kristal köp sanly materiallar hem elýeterli boldy. Mundan başga-da, β-Ga2O3 gyrasy bilen kesgitlenen film iýmitlendiriş usuly, geçiş metal elementleriniň dopingine kömek edýär, bu bolsa Ga2O3 gözlegini we taýýarlanyşyny mümkin edýär.
3-nji surat β-Ga2O3 gyrasy kesgitlenen film iýmitlendiriş usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen ýekeje kristal
1.3 Bridgeman usuly
“Bridgeman” usulynda kristallar kem-kemden temperatura gradiýentinden geçýän möhüm bir görnüşde emele gelýär. Bu proses keseligine ýa-da dikligine gönükdirilip bilner, adatça aýlanýan çüýi ulanyp. Bu usulyň kristal tohumlaryny ulanyp biljekdigini ýa-da ulanyp bilmejekdigini bellemelidiris. Adaty “Bridgman” operatorlarynda ereýän we kristal ösüş proseslerini gönüden-göni görmek mümkinçiligi ýok we temperaturany ýokary takyklyk bilen dolandyrmaly. Dik Bridgman usuly esasan β-Ga2O3 ösmegi üçin ulanylýar we howa gurşawynda ösmek ukyby bilen tanalýar. Wertikal Bridgman usulynyň ösüş prosesinde ereýän we çüýrän umumy ýitgiler 1% -den pes saklanýar, bu uly ýitgi bilen uly β-Ga2O3 ýeke kristallaryň ösmegine mümkinçilik berýär.
4-nji surat Bridgeman usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen β-Ga2O3 kristaly
1.4 atingüzýän zona usuly
Floüzýän zona usuly kristal hapalanmak meselesini möhüm materiallar bilen çözýär we ýokary temperatura çydamly infragyzyl haçlar bilen baglanyşykly ýokary çykdajylary azaldýar. Bu ösüş prosesinde eremegi RF çeşmesi däl-de, lampa bilen gyzdyryp bolýar, şeýlelik bilen ösüş enjamlaryna bolan talaplary ýönekeýleşdirýär. Floüzýän zona usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen β-Ga2O3 görnüşi we kristal hili entek amatly bolmasa-da, bu usul ýokary arassalyk β-Ga2O3-ni býudjet üçin amatly kristallara öwürmek üçin geljegi uly usul açýar.
5-nji surat β-Ga2O3 ýüzýän zona usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen ýekeje kristal.
Iş wagty: 30-2024-nji maý