Кремний карбид (SiC) һәм галий нитриды (GaN) белән күрсәтелгән киң тасма (WBG) ярымүткәргечләр киң игътибарга лаек. Кешеләр электр машиналарында һәм электр челтәрләрендә кремний карбидын куллану перспективаларына, шулай ук тиз корылмада галий нитридын куллану перспективаларына зур өметләр баглыйлар. Соңгы елларда Ga2O3, AlN һәм бриллиант материаллары буенча тикшеренүләр зур уңышларга ирештеләр, ультра киң киңлектәге ярымүткәргеч материалларны игътибар үзәгендә иттеләр. Алар арасында галлий оксиды (Ga2O3) - 4,8 eV диапазоны белән барлыкка килгән ультра киң киңлектәге ярымүткәргеч материал, якынча 8 MV см-1 теоретик критик өзелү кыры, туену тизлеге якынча 2E7cm s-1, һәм югары көчәнеш һәм югары ешлыклы электроника өлкәсендә киң игътибар алган 3000 балига сыйфатлы фактор.
1. Галлий оксиды материаль үзенчәлекләре
Ga2O3 зур диапазон аермасына ия (4,8 eV), көчәнешкә дә, югары көч куәтенә дә ирешер дип көтелә, һәм чагыштырмача түбән каршылыкта югары көчәнешнең адаптация потенциалына ия булырга мөмкин, аларны хәзерге тикшеренүләр үзәгендә итә. Моннан тыш, Ga2O3 искиткеч материаль үзенчәлекләргә ия түгел, ә җиңел көйләнә торган n-типтагы допинг технологияләрен, шулай ук аз чыгымлы субстрат үсешен һәм эпитакси технологияләрен дә тәэмин итә. Әлегә Ga2O3-та биш төрле кристалл фаза табылды, алар арасында корунд (α), моноклиник (β), дефектлы шпинель (γ), куб (δ) һәм орторомбик (ɛ) фазалар. Термодинамик тотрыклылык, тәртиптә, γ, δ, α, ɛ, β. Әйтергә кирәк, моноклиник β-Ga2O3 иң тотрыклы, аеруча югары температурада, бүтән этаплар бүлмә температурасыннан югары метаста була һәм билгеле җылылык шартларында β фазага күчә. Шуңа күрә, соңгы елларда power-Ga2O3 нигезендәге җайланмалар үсеше электр электроникасы өлкәсендә төп юнәлешкә әйләнде.
Таблица 1 Кайбер ярымүткәргеч материал параметрларын чагыштыру
Моноклиникβ-Ga2O3 кристалл структурасы 1 таблицада күрсәтелгән. Аның тактасы параметрларына a = 12,21 Å, b = 3.04 Å, c = 5,8 Å, һәм β = 103,8 ° керә. Берәмлек күзәнәге борылган тетрадраль координацияле Ga (I) атомнарыннан һәм октедраль координацияле Ga (II) атомнарыннан тора. "Бөгәрләнгән куб" массивында кислород атомнарының өч төрле аранжировкасы бар, шул исәптән ике өчпочмаклы координацияләнгән O (I) һәм O (II) атомнары һәм бер тетрэдраль координацияләнгән O (III) атомы. Бу ике төр атом координациясенең кушылуы физика, химик коррозия, оптика һәм электроника өлкәсендә махсус үзенчәлекләр белән β-Ga2O3 анисотропиясенә китерә.
Рәсем 1 Моноклиник β-Ga2O3 кристаллының схематик структур схемасы
Энергия полосасы теориясе күзлегеннән караганда, β-Ga2O3 үткәрү полосасының минималь кыйммәте Га атомының 4s0 гибрид орбитасына туры килгән энергия торышыннан алынган. Condткәргеч полосасының минималь кыйммәте белән вакуум энергия дәрәҗәсе (электрон якынлык энергиясе) арасындагы энергия аермасы үлчәнә. 4 eV. --Ga2O3 эффектив электрон массасы миңа 0,28–0.33 һәм аның уңайлы электрон үткәрүчәнлеге белән үлчәнә. Шулай да, валентлык полосасы максималь бик түбән иярүле һәм O2p орбиталлары белән тирән локальләштерелгән тай Эк сызыгын күрсәтә, тишекләр тирән локальләшкәнен күрсәтә. Бу характеристикалар p-Ga2O3 p-типтагы допингка ирешү өчен зур кыенлыклар тудыра. П тибындагы допингка ирешергә мөмкин булса да, тишек very бик түбән дәрәҗәдә кала. 2. Күпчелек галли оксиды бер кристаллның үсеше Әлегә кадәр β-Ga2O3 күп кристалл субстратның үсеш ысулы, нигездә, кристалл тарту ысулы булып тора, мәсәлән, Чохральски (CZ), читтән билгеләнгән нечкә пленка белән туклану ысулы (Кыр - билгеләнгән кино белән туклану) , EFG), Бриджман (ртикаль яки горизонталь Бриджман, HB яки VB) һәм йөзүче зона (йөзүче зона, FZ) технологиясе. Барлык ысуллар арасында, Чохральски һәм читтән билгеләнгән нечкә пленка белән туклану ысуллары киләчәктә β-Ga 2O3 ваферларын массакүләм җитештерүнең иң перспективалы юллары булыр дип көтелә, чөнки алар бер үк вакытта зур күләмнәргә һәм аз җитешсезлек тыгызлыгына ирешә алалар. Бүгенге көнгә кадәр Япониянең Роман Кристалл Технологиясе эретү үсеше өчен коммерция матрицасын тормышка ашырды β-Ga2O3.
1.1 Чохральски ысулы
Чохральски ысулы принцибы - орлык катламы башта капланган, аннары бер кристалл әкренләп эретүдән чыгарыла. Czochralski ысулы cost-Ga2O3 өчен көннән-көн мөһимрәк, чыгым эффективлыгы, зур зурлык мөмкинлекләре, һәм кристалл сыйфаты субстрат үсеше аркасында. Ләкин, Ga2O3-ның югары температурасы үсеше вакытында җылылык стрессы аркасында, бер кристаллларның парга әйләнүе, эретелгән материаллар һәм Ир кристаллына зыян килеп чыгачак. Бу Ga2O3-та түбән n типтагы допингка ирешүдәге кыенлык нәтиҗәсе. Growthсеш атмосферасына тиешле күләмдә кислород кертү - бу проблеманы чишүнең бер ысулы. Оптимизация ярдәмендә, югары сыйфатлы 2 дюйм β-Ga2O3, ирекле электрон концентрация диапазоны 10 ^ 16 ~ 10 ^ 19 см-3 һәм максималь электрон тыгызлыгы 160 см2 / Вс Чохральски ысулы белән уңышлы үстерелде.
Рәсем 2 z-Ga2O3 кристаллының Чохральски ысулы белән үстерелгән
1.2 Кыр белән билгеләнгән кино белән туклану ысулы
Кырык билгеләнгән нечкә пленка белән туклану ысулы зур мәйданлы Ga2O3 бер кристалл материалларын коммерция җитештерү өчен алдынгы көндәш булып санала. Бу ысулның принцибы - эретүне капиллярлы ярык белән формага урнаштыру, һәм эретү капиллярлы хәрәкәт ярдәмендә формага күтәрелә. Theгарыда, нечкә пленка барлыкка килә һәм барлык якка тарала, орлык кристаллына кристаллашырга этәрелә. Өстәвенә, форма, трубаларда яки теләсә нинди геометриядә кристалллар чыгару өчен, форма өслегенең читләрен контрольдә тотарга мөмкин. Ga2O3 кыры белән билгеләнгән нечкә пленка белән туклану ысулы тиз үсеш темпларын һәм зур диаметрларны тәэмин итә. 3 нче рәсемдә single-Ga2O3 бер кристалл схемасы күрсәтелгән. Моннан тыш, зурлык масштабы ягыннан, 2 дюйм һәм 4 дюйм β-Ga2O3 субстратлары искиткеч ачыклык һәм бердәмлек белән коммерцияләштерелгән, 6 дюймлы субстрат киләчәктә коммерцияләштерү өчен тикшеренүләрдә күрсәтелә. Күптән түгел, зур түгәрәк бер кристалл күпчелек материаллар (−201) ориентациясе белән дә кулланыла башлады. Моннан тыш, film-Ga2O3 кыры белән билгеләнгән кино белән туклану ысулы шулай ук металл элементларның допингына ярдәм итә, Ga2O3 тикшерүен һәм әзерләнүен мөмкин итә.
Рәсем 3 β-Ga2O3 бер кристалл, читтән билгеләнгән кино белән туклану ысулы белән үстерелгән
1.3 Бриджмен ысулы
Бриджмен ысулында кристалллар температура градиенты аша әкренләп хәрәкәтләнүче кристаллда барлыкка килә. Бу процесс горизонталь яки вертикаль юнәлештә башкарылырга мөмкин, гадәттә әйләнүче критик ярдәмендә. Әйтергә кирәк, бу ысул кристалл орлыкларын кулланырга яки кулланырга мөмкин. Традицион Бриджман операторларында эретү һәм кристалл үсеш процессларын турыдан-туры визуализацияләү җитми һәм температураны югары төгәллек белән контрольдә тотарга кирәк. Вертикаль Бриджман ысулы, нигездә, β-Ga2O3 үсеше өчен кулланыла һәм һава мохитендә үсү сәләте белән билгеле. Вертикаль Бриджман ысулы үсеш процессында эретелгән һәм критикның гомуми масса югалуы 1% тан түбәндә саклана, бу зур β-Ga2O3 бер кристаллларның минималь югалту белән үсү мөмкинлеген бирә.
Рәсем 4 Bridgeman ысулы белән үстерелгән β-Ga2O3 бер кристалл
1.4 Йөзү зонасы ысулы
Йөзүче зона ысулы кристалл белән пычрану проблемасын мөһим материаллар белән чишә һәм югары температурага чыдам инфра-кызыл крестиклар белән бәйле зур чыгымнарны киметә. Бу үсеш процессында эретүне RF чыганагы түгел, лампа белән җылытырга мөмкин, шулай итеп үсеш җиһазларына таләпләрне гадиләштерергә мөмкин. Йөзүче зона ысулы белән үскән β-Ga2O3 формасы һәм кристалл сыйфаты әле оптималь булмаса да, бу ысул югары чисталык β-Ga2O3 бюджетка яраклы бер кристаллга үсү өчен өметле ысул ача.
Рәсем 5 β-Ga2O3 йөзүче зона ысулы белән үскән бер кристалл.
Пост вакыты: 30-2024 май