Wide bandgap (WBG) semikondokito ni ipoduduro nipasẹ ohun alumọni carbide (SiC) ati gallium nitride (GaN) ti gba akiyesi ibigbogbo. Awọn eniyan ni awọn ireti giga fun awọn ifojusọna ohun elo ti ohun alumọni carbide ni awọn ọkọ ina mọnamọna ati awọn grids agbara, ati awọn ireti ohun elo ti gallium nitride ni gbigba agbara yara. Ni awọn ọdun aipẹ, iwadii lori Ga2O3, AlN ati awọn ohun elo diamond ti ni ilọsiwaju pataki, ṣiṣe awọn ohun elo bandgap ultra-wide semikondokito ni idojukọ akiyesi. Lara wọn, gallium oxide (Ga2O3) jẹ ohun elo semikondokito ultra-jakejap-bandgap ti o yọọda pẹlu aafo ẹgbẹ kan ti 4.8 eV, agbara idasile pataki ti imọ-jinlẹ ti bii 8 MV cm-1, iyara itẹlọrun ti o to 2E7cm s-1, ati ifosiwewe didara Baliga giga ti 3000, gbigba akiyesi ni ibigbogbo ni aaye ti foliteji giga ati ẹrọ itanna igbohunsafẹfẹ giga.
1. Awọn abuda ohun elo oxide Gallium
Ga2O3 ni aafo ẹgbẹ nla kan (4.8 eV), o nireti lati ṣaṣeyọri mejeeji foliteji resistance giga ati awọn agbara agbara giga, ati pe o le ni agbara fun isọdọtun foliteji giga ni iwọn kekere resistance, ṣiṣe wọn ni idojukọ ti iwadii lọwọlọwọ. Ni afikun, Ga2O3 ko ni awọn ohun-ini ohun elo ti o dara nikan, ṣugbọn tun pese ọpọlọpọ awọn imọ-ẹrọ doping n-iru adijositabulu ni irọrun, bakanna bi idagbasoke sobusitireti iye owo kekere ati awọn imọ-ẹrọ epitaxy. Nitorinaa, awọn ipele kirisita marun ti o yatọ ni a ti ṣe awari ni Ga2O3, pẹlu corundum (α), monoclinic (β), spinel abawọn (γ), cubic (δ) ati orthorhombic (ɛ) awọn ipele. Awọn imuduro iwọn otutu jẹ, lẹsẹsẹ, γ, δ, α, ɛ, ati β. O tọ lati ṣe akiyesi pe monoclinic β-Ga2O3 jẹ iduroṣinṣin julọ, paapaa ni awọn iwọn otutu giga, lakoko ti awọn ipele miiran jẹ metastable loke iwọn otutu yara ati ṣọ lati yipada si ipele β labẹ awọn ipo igbona kan pato. Nitorina, idagbasoke awọn ẹrọ ti o da lori β-Ga2O3 ti di idojukọ pataki ni aaye ti itanna agbara ni awọn ọdun aipẹ.
Table 1 Afiwera diẹ ninu awọn semikondokito ohun elo sile
Ilana gara ti monoclinicβ-Ga2O3 ni a fihan ni Table 1. Awọn ipilẹ lattice rẹ pẹlu a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, ati β = 103.8 °. Ẹyọ ẹyọkan ni awọn ọta Ga(I) pẹlu isọdọkan tetrahedral alayidayida ati awọn ọta Ga(II) pẹlu isọdọkan octahedral. Awọn eto oriṣiriṣi mẹta lo wa ti awọn ọta atẹgun ninu “onigun onigun” orun, pẹlu iwọntunwọnsi meji O(I) ati O (II) awọn ọta ati ọkan tetrahedrally coordinated O(III) atomu. Apapo awọn iru meji wọnyi ti isọdọkan atomiki nyorisi anisotropy ti β-Ga2O3 pẹlu awọn ohun-ini pataki ni fisiksi, ipata kemikali, awọn opiki ati ẹrọ itanna.
Aworan 1 Sikematiki aworan atọka ti monoclinic β-Ga2O3 crystal
Lati iwoye ti imọ-ẹrọ ẹgbẹ agbara, iye ti o kere julọ ti ẹgbẹ idari ti β-Ga2O3 wa lati ipo agbara ti o baamu si orbit arabara 4s0 ti atomu Ga. Iyatọ agbara laarin iye to kere julọ ti ẹgbẹ idari ati ipele agbara igbale (agbara ijora elekitironi) jẹ iwọn. jẹ 4 eV. Iwọn elekitironi ti o munadoko ti β-Ga2O3 jẹ iwọn bi 0.28-0.33 mi ati imunadoko itanna ti o wuyi. Bibẹẹkọ, ẹgbẹ valence ti o pọju n ṣe afihan igbi Ek aijinile pẹlu ìsépo kekere pupọ ati ti agbegbe O2p orbitals ti o lagbara, ni iyanju pe awọn iho ti wa ni agbegbe jinna. Awọn abuda wọnyi jẹ ipenija nla lati ṣaṣeyọri doping iru-p ni β-Ga2O3. Paapa ti iru doping P-iru le ṣee ṣe, iho μ wa ni ipele kekere pupọ. 2. Idagba ti olopobobo gallium oxide nikan gara Titi di isisiyi, ọna idagbasoke ti β-Ga2O3 olopobobo okuta sobusitireti okuta kan jẹ akọkọ ọna fifa gara, gẹgẹbi Czochralski (CZ), ọna ifunni fiimu tinrin asọye eti (Edge -Defined film-fed , EFG), Bridgman (rtical tabi petele Bridgman, HB tabi VB) ati agbegbe lilefoofo (agbegbe lilefoofo, FZ) imọ-ẹrọ. Lara gbogbo awọn ọna, Czochralski ati awọn ọna ifunni tinrin-fiimu ti a ti ṣalaye eti ni a nireti lati jẹ awọn ọna ti o ni ileri julọ fun iṣelọpọ pupọ ti awọn wafers β-Ga 2O3 ni ọjọ iwaju, bi wọn ṣe le ṣaṣeyọri awọn ipele nla ati awọn iwuwo abawọn kekere. Titi di isisiyi, Imọ-ẹrọ aramada Crystal ti Ilu Japan ti ṣe akiyesi matrix iṣowo kan fun idagbasoke yo β-Ga2O3.
2.1 Czochralski ọna
Ilana ti Czochralski ọna ni wipe awọn irugbin Layer ti wa ni akọkọ bo, ati ki o awọn nikan gara ti wa ni laiyara fa jade lati yo. Ọna Czochralski jẹ pataki siwaju sii fun β-Ga2O3 nitori imunadoko iye owo, awọn agbara iwọn nla, ati idagbasoke sobusitireti didara giga. Sibẹsibẹ, nitori aapọn igbona lakoko idagbasoke iwọn otutu giga ti Ga2O3, evaporation ti awọn kirisita ẹyọkan, awọn ohun elo yo, ati ibajẹ si crucible Ir yoo waye. Eyi jẹ abajade ti iṣoro ni iyọrisi doping kekere iru n ni Ga2O3. Ifihan iye ti o yẹ fun atẹgun sinu afefe idagbasoke jẹ ọna kan lati yanju iṣoro yii. Nipasẹ iṣapeye, 2-inch β-Ga2O3 ti o ga julọ pẹlu iwọn ifọkansi elekitironi ọfẹ ti 10 ^ 16 ~ 10 ^ 19 cm-3 ati iwuwo elekitironi ti o pọju ti 160 cm2 / Vs ti dagba ni aṣeyọri nipasẹ ọna Czochralski.
Ṣe nọmba 2 Kirisita kanṣoṣo ti β-Ga2O3 ti o dagba nipasẹ ọna Czochralski
2.2 Eti-telẹ film ono ọna
Ọna ifunni fiimu tinrin ti a ṣalaye eti ni a gba pe o jẹ oludije oludari fun iṣelọpọ iṣowo ti awọn ohun elo gara2O3 agbegbe nla-nla. Ilana ti ọna yii ni lati gbe yo sinu apẹrẹ kan pẹlu slit capillary, ati yo naa dide si apẹrẹ nipasẹ iṣẹ iṣan. Ni oke, fiimu tinrin kan fọọmu ati ki o tan kaakiri ni gbogbo awọn itọnisọna lakoko ti o nfa si crystallize nipasẹ kristali irugbin. Ni afikun, awọn egbegbe ti oke m le jẹ iṣakoso lati ṣe awọn kirisita ni awọn flakes, awọn tubes, tabi eyikeyi geometry ti o fẹ. Ọna ifunni fiimu tinrin ti a ṣalaye eti ti Ga2O3 n pese awọn oṣuwọn idagba iyara ati awọn iwọn ila opin nla. Nọmba 3 ṣe afihan aworan atọka ti kristali kan ṣoṣo β-Ga2O3 kan. Ni afikun, ni awọn ofin ti iwọn iwọn, 2-inch ati 4-inch β-Ga2O3 sobsitireti pẹlu akoyawo ti o dara julọ ati iṣọkan ti jẹ iṣowo, lakoko ti a ṣe afihan sobusitireti 6-inch ni iwadii fun iṣowo iwaju. Laipẹ, awọn ohun elo olopobobo-orin kirisita nla kan tun ti wa pẹlu iṣalaye (-201). Ni afikun, ọna ifunni fiimu β-Ga2O3 eti-telẹ tun ṣe igbega doping ti awọn eroja irin iyipada, ṣiṣe iwadi ati igbaradi ti Ga2O3 ṣee ṣe.
Ṣe nọmba 3 β-Ga2O3 kristali ẹyọkan ti o dagba nipasẹ ọna ifunni fiimu ti a sọ asọye eti
2.3 Bridgeman ọna
Ni ọna Bridgeman, awọn kirisita ti wa ni akoso ni ibi-igi ti o ti wa ni gbigbe diẹdiẹ nipasẹ iwọn otutu. Ilana naa le ṣee ṣe ni itọsẹ petele tabi inaro, nigbagbogbo ni lilo agbekọja ti o yiyi. O ṣe akiyesi pe ọna yii le tabi ko le lo awọn irugbin gara. Awọn oniṣẹ Bridgman ti aṣa ko ni iworan taara ti yo ati awọn ilana idagbasoke gara ati pe o gbọdọ ṣakoso awọn iwọn otutu pẹlu konge giga. Ọna Bridgman inaro jẹ lilo akọkọ fun idagbasoke β-Ga2O3 ati pe a mọ fun agbara rẹ lati dagba ni agbegbe afẹfẹ. Lakoko ilana idagbasoke ọna Bridgman inaro, ipadanu pipọ ti yo ati crucible wa ni isalẹ 1%, ti o mu ki idagbasoke ti awọn kirisita ẹyọkan β-Ga2O3 nla pẹlu pipadanu kekere.
Ṣe nọmba 4 Kirisita kanṣoṣo ti β-Ga2O3 ti o dagba nipasẹ ọna Bridgeman
2.4 Lilefoofo agbegbe ọna
Ọna agbegbe lilefoofo n yanju iṣoro ti idoti gara nipasẹ awọn ohun elo crucible ati pe o dinku awọn idiyele giga ti o ni nkan ṣe pẹlu awọn ohun elo infurarẹẹdi ti o ni iwọn otutu ti o ga. Lakoko ilana idagbasoke yii, yo le jẹ kikan nipasẹ atupa ju orisun RF kan, nitorinaa o rọrun awọn ibeere fun ohun elo idagbasoke. Botilẹjẹpe apẹrẹ ati didara kristali ti β-Ga2O3 ti o dagba nipasẹ ọna agbegbe lilefoofo ko ti dara julọ, ọna yii ṣii ọna ti o ni ileri fun idagbasoke β-Ga2O3 mimọ-giga sinu awọn kirisita ore-isuna-ọrẹ.
Ṣe nọmba 5 β-Ga2O3 kristali ẹyọkan ti o dagba nipasẹ ọna agbegbe lilefoofo.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Karun-30-2024