Tha leth-sheoltairean beàrn-chòmhlain farsaing (WBG) air an riochdachadh le silicon carbide (SiC) agus gallium nitride (GaN) air aire mhòr fhaighinn. Tha dùilean àrda aig daoine airson na cothroman tagraidh a th’ aig silicon carbide ann an carbadan dealain agus lìonraidhean cumhachd, a bharrachd air na cothroman tagraidh a th’ aig gallium nitride ann an cosgais luath. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha rannsachadh air stuthan Ga2O3, AlN agus daoimean air adhartas mòr a dhèanamh, a’ dèanamh stuthan leth-sheoltairean beàrn-chòmhlain ultra-fharsaing mar fhòcas air aire. Nam measg, tha gallium oxide (Ga2O3) na stuth leth-sheoltairean beàrn-chòmhlain ultra-fharsaing a tha a’ tighinn am bàrr le beàrn-chòmhlain de 4.8 eV, neart achaidh briseadh-sìos èiginneach teòiridheach de mu 8 MV cm-1, astar sàthaidh de mu 2E7cm s-1, agus factar càileachd Baliga àrd de 3000, a’ faighinn aire mhòr ann an raon electronics cumhachd bholtaids àrd agus tricead àrd.
1. Feartan stuth ogsaid gallium
Tha beàrn còmhlain mòr aig Ga2O3 (4.8 eV), thathar an dùil gun coilean e comasan bholtaids àrd agus cumhachd àrd, agus faodaidh comas a bhith aige airson atharrachadh bholtaids àrd aig strì an ìre mhath ìosal, gan dèanamh nam prìomh fhòcas air rannsachadh làithreach. A bharrachd air an sin, chan e a-mhàin gu bheil feartan stuthan sàr-mhath aig Ga2O3, ach tha e cuideachd a’ toirt seachad measgachadh de theicneòlasan dopaidh seòrsa-n a tha furasta an atharrachadh, a bharrachd air fàs fo-strat agus teicneòlasan epitaxy aig prìs ìseal. Gu ruige seo, chaidh còig ìrean criostail eadar-dhealaichte a lorg ann an Ga2O3, a’ gabhail a-steach ìrean corundum (α), monoclinic (β), spinel easbhaidheach (γ), ciùbach (δ) agus orthorhombic (ɛ). Is e na seasmhachdan teirmeadainimigeach, ann an òrdugh, γ, δ, α, ɛ, agus β. Is fhiach a thoirt fa-near gur e β-Ga2O3 monoclinic as seasmhaiche, gu sònraichte aig teòthachd àrd, agus tha ìrean eile metastable os cionn teòthachd an t-seòmair agus buailteach a bhith ag atharrachadh gu ìre β fo chumhachan teirmeach sònraichte. Mar sin, tha leasachadh innealan stèidhichte air β-Ga2O3 air a bhith na phrìomh fhòcas ann an raon eileagtronaig cumhachd anns na bliadhnachan mu dheireadh.
Clàr 1 Coimeas eadar cuid de pharaimeatairean stuthan leth-chonnsachaidh
Tha structar criostail monoclinicβ-Ga2O3 air a shealltainn ann an Clàr 1. Tha na paramadairean laitís aige a’ toirt a-steach a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, agus β = 103.8°. Tha an cealla aonaid air a dhèanamh suas de dadaman Ga(I) le co-òrdanachadh tetrahedral toinnte agus dadaman Ga(II) le co-òrdanachadh ochd-cheàrnach. Tha trì rèiteachaidhean eadar-dhealaichte de dadaman ocsaigine anns an t-sreath “ciùbach toinnte”, a’ gabhail a-steach dà dadam O(I) agus O(II) co-òrdanaichte gu trì-cheàrnach agus aon dadam O(III) co-òrdanaichte gu tetrahedral. Tha measgachadh an dà sheòrsa co-òrdanachaidh atamach seo a’ leantainn gu anisotropy β-Ga2O3 le feartan sònraichte ann am fiosaig, creimeadh ceimigeach, optaig agus eileagtronaig.
Figear 1 Diagram structarail sgemataigeach de chriostal monoclinic β-Ga2O3
Bho shealladh teòiridh a’ chòmhlain lùtha, tha an luach as ìsle den chòmhlan giùlain aig β-Ga2O3 air a thoirt bhon staid lùtha a tha a’ freagairt ris an orbit hibrid 4s0 den dadam Ga. Tha an diofar lùtha eadar an luach as ìsle den chòmhlan giùlain agus an ìre lùtha falamh (lùth càirdeas electron) air a thomhas. 'S e 4 eV. Tha mais èifeachdach electron β-Ga2O3 air a thomhas mar 0.28–0.33 me agus tha an giùlan dealain fàbharach aige. Ach, tha lùb Ek eu-dhomhainn aig a’ chòmhlan vaileins as àirde le lùbadh glè ìosal agus orbitalan O2p gu math ionadail, a’ moladh gu bheil na tuill gu math ionadail. Tha na feartan sin a’ cur dùbhlan mòr ann a bhith a’ coileanadh doping seòrsa-p ann am β-Ga2O3. Fiù ma ghabhas doping seòrsa-P a choileanadh, tha an toll μ fhathast aig ìre glè ìosal. 2. Fàs criostal singilte ogsaid gallium mòr-chuid Gu ruige seo, is e an dòigh fàis airson fo-strat criostail singilte mòr β-Ga2O3 sa mhòr-chuid an dòigh tarraing criostail, leithid Czochralski (CZ), dòigh beathachaidh film tana air a mhìneachadh air oir (Edge-Defined film-fed, EFG), Bridgman (trtical no co-shìnte Bridgman, HB no VB) agus teicneòlas sòn fleòdraidh (floating zone, FZ). Am measg nan dòighean uile, thathas an dùil gur e Czochralski agus dòighean beathachaidh film tana air a mhìneachadh air oir na slighean as gealltanach airson cinneasachadh mòr-sgèileagan β-Ga2O3 san àm ri teachd, oir faodaidh iad meudan mòra agus dùmhlachdan locht ìosal a choileanadh aig an aon àm. Gu ruige seo, tha Novel Crystal Technology Iapan air maitrís malairteach a thoirt gu buil airson β-Ga2O3 fàs leaghte.
1.1 Modh Czochralski
Is e prionnsapal dòigh Czochralski gu bheil an còmhdach sìl air a chòmhdach an toiseach, agus an uairsin thèid an criostal singilte a tharraing a-mach mean air mhean bhon stuth leaghte. Tha dòigh Czochralski a’ sìor fhàs cudromach airson β-Ga2O3 air sgàth a chosgais-èifeachdais, comasan meud mòr, agus fàs fo-strat criostail de chàileachd àrd. Ach, air sgàth cuideam teirmeach rè fàs teòthachd àrd Ga2O3, bidh falmhachadh criostalan singilte, stuthan leaghte, agus milleadh air a’ chrioch Ir a’ tachairt. Tha seo mar thoradh air an duilgheadas ann a bhith a’ coileanadh doping ìosal seòrsa-n ann an Ga2O3. Tha a bhith a’ toirt a-steach meud iomchaidh de ocsaidean don àile fàis mar aon dhòigh air an duilgheadas seo fhuasgladh. Tro leasachadh, chaidh β-Ga2O3 2-òirleach àrd-inbhe le raon dùmhlachd electron an-asgaidh de 10^16~10^19 cm-3 agus dùmhlachd electron as àirde de 160 cm2/Vs fhàs gu soirbheachail leis an dòigh Czochralski.
Figear 2 Criostal singilte de β-Ga2O3 air fhàs le dòigh Czochralski
1.2 Modh beathachaidh film air a mhìneachadh leis an oir
Thathas den bheachd gur e an dòigh beathachaidh film tana air a mhìneachadh air oir an tagraiche as fheàrr airson cinneasachadh malairteach stuthan criostail singilte Ga2O3 le farsaingeachd mhòr. Is e prionnsapal na dòigh seo an leaghan a chuir ann am molltair le sliotan capillary, agus bidh an leaghan ag èirigh chun mhulltair tro ghnìomh capillary. Aig a’ mhullach, bidh film tana a’ cruthachadh agus a’ sgaoileadh anns a h-uile taobh fhad ‘s a tha e air a bhrosnachadh gus criostalachadh leis a’ chriostal sìl. A bharrachd air an sin, faodar smachd a chumail air oirean mullach a’ mhulltair gus criostalan a thoirt gu buil ann am flaighean, tiùban, no geoimeatraidh sam bith a tha thu ag iarraidh. Tha an dòigh beathachaidh film tana air a mhìneachadh air oir de Ga2O3 a’ toirt seachad ìrean fàis luath agus trast-thomhasan mòra. Tha Figear 3 a’ sealltainn diagram de chriostal singilte β-Ga2O3. A bharrachd air an sin, a thaobh sgèile meud, chaidh bun-stuthan β-Ga2O3 2-òirleach agus 4-òirleach le follaiseachd agus aonfhoirmeachd sàr-mhath a mhalairteachadh, agus tha an t-substrate 6-òirleach air a dhearbhadh ann an rannsachadh airson malairteachadh san àm ri teachd. O chionn ghoirid, tha stuthan mòra criostail singilte cruinn rim faighinn cuideachd le treòrachadh (−201). A bharrachd air an sin, bidh an dòigh beathachaidh film le oir mhìnichte β-Ga2O3 cuideachd a’ brosnachadh dopadh eileamaidean meatailt gluasaid, a’ dèanamh rannsachadh agus ullachadh Ga2O3 comasach.
Figear 3 criostal singilte β-Ga2O3 air fhàs leis an dòigh beathachaidh film air a mhìneachadh le oir
1.3 Modh Bridgeman
Anns an dòigh Bridgeman, bidh criostalan air an cruthachadh ann an crùisgean a thèid a ghluasad mean air mhean tro chlaon teòthachd. Faodar am pròiseas a dhèanamh ann an stiùireadh còmhnard no dìreach, mar as trice a’ cleachdadh crùisgean rothlach. Is fhiach a thoirt fa-near gum faod no nach fheum an dòigh seo sìol criostail a chleachdadh. Chan eil sealladh dìreach aig luchd-obrachaidh traidiseanta Bridgman air na pròiseasan leaghaidh is fàis criostail agus feumaidh iad teòthachd a smachdachadh le mionaideachd àrd. Tha an dòigh Bridgman dhìreach air a chleachdadh sa mhòr-chuid airson fàs β-Ga2O3 agus tha e ainmeil airson a chomas fàs ann an àrainneachd èadhair. Rè pròiseas fàis dòigh Bridgman dhìreach, tha call mais iomlan an leaghaidh agus a’ chrùisgean air a chumail fo 1%, a’ comasachadh fàs criostalan singilte mòra β-Ga2O3 le call as lugha.
Figear 4 Criostal singilte de β-Ga2O3 air fhàs le dòigh Bridgeman
1.4 Modh crios fleòdraidh
Bidh an dòigh-obrach criostail fleòdraidh a’ fuasgladh duilgheadas truailleadh criostail le stuthan crogain agus a’ lughdachadh nan cosgaisean àrda co-cheangailte ri crogain infridhearg a tha an aghaidh teòthachd àrd. Rè a’ phròiseis fàis seo, faodar an leaghadh a theasachadh le lampa seach stòr RF, agus mar sin a’ sìmpleachadh nan riatanasan airson uidheamachd fàis. Ged nach eil cumadh agus càileachd criostail β-Ga2O3 a chaidh fhàs leis an dòigh-obrach criostail fleòdraidh fhathast aig an ìre as fheàrr, tha an dòigh-obrach seo a’ fosgladh dòigh ghealltanach airson β-Ga2O3 àrd-ghlanachd fhàs gu bhith na chriostalan singilte aig prìs reusanta.
Figear 5 criostal singilte β-Ga2O3 air fhàs leis an dòigh sòn fleòdraidh.
Àm puist: 30 Cèitean 2024