Na'urorin semiconductors masu faɗi da yawa (WBG) waɗanda silicon carbide (SiC) da gallium nitride (GaN) suka wakilta sun sami kulawa sosai. Mutane suna da babban tsammanin amfani da silicon carbide a cikin motocin lantarki da hanyoyin wutar lantarki, da kuma yiwuwar amfani da gallium nitride a cikin caji mai sauri. A cikin 'yan shekarun nan, bincike kan kayan Ga2O3, AlN da lu'u-lu'u ya sami ci gaba mai mahimmanci, wanda ya sa kayan semiconductor masu faɗi da yawa suka zama abin jan hankali. Daga cikinsu, gallium oxide (Ga2O3) wani abu ne mai tasowa wanda ke da tazara mai faɗi da 4.8 eV, ƙarfin filin rushewa mai mahimmanci na kimanin 8 MV cm-1, saurin jikewa na kimanin 2E7cm s-1, da kuma babban ingancin Baliga na 3000, wanda ke samun kulawa sosai a fannin lantarki mai ƙarfi da wutar lantarki mai yawan mita.
1. Siffofin kayan gallium oxide
Ga2O3 yana da babban tazara mai ƙarfi (4.8 eV), ana sa ran zai cimma ƙarfin lantarki mai ƙarfi da ƙarfin ƙarfi mai girma, kuma yana iya samun damar daidaitawa mai ƙarfi a ƙaramin juriya, wanda hakan ya sa su zama abin da binciken yanzu ya mayar da hankali a kai. Bugu da ƙari, Ga2O3 ba wai kawai yana da kyawawan halaye na kayan abu ba, har ma yana ba da nau'ikan fasahar doping iri-iri masu sauƙin daidaitawa, da kuma haɓaka substrate mai araha da fasahar epitaxy. Zuwa yanzu, an gano matakai biyar daban-daban na lu'ulu'u a cikin Ga2O3, gami da matakai na corundum (α), monoclinic (β), spinel mai lahani (γ), cubic (δ) da orthorhombic (ɛ). Daidaiton thermodynamic, a cikin tsari, γ, δ, α, ɛ, da β. Ya kamata a lura cewa monoclinic β-Ga2O3 shine mafi karko, musamman a yanayin zafi mai yawa, yayin da sauran matakai suna iya canzawa sama da zafin jiki na ɗaki kuma suna iya canzawa zuwa matakin β a ƙarƙashin takamaiman yanayin zafi. Saboda haka, haɓaka na'urori masu tushen β-Ga2O3 ya zama babban abin da aka fi mayar da hankali a fannin na'urorin lantarki masu amfani da wutar lantarki a cikin 'yan shekarun nan.
Tebur 1 Kwatanta wasu sigogin kayan semiconductor
An nuna tsarin lu'ulu'u na monoclinicβ-Ga2O3 a cikin Jadawali na 1. Sigogin layinsa sun haɗa da a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, da β = 103.8°. Tantanin halitta ya ƙunshi atom ɗin Ga(I) tare da haɗin tetrahedral mai jujjuyawa da atom ɗin Ga(II) tare da haɗin octahedral. Akwai shirye-shirye guda uku daban-daban na atom ɗin oxygen a cikin jerin "cubic mai jujjuyawa", gami da atom ɗin O(I) da O(II) masu daidaitawa uku da atom ɗin O(III) guda ɗaya mai daidaitawa tetrahedral. Haɗin waɗannan nau'ikan haɗin atomic guda biyu yana haifar da anisotropy na β-Ga2O3 tare da halaye na musamman a fannin kimiyyar lissafi, lalata sinadarai, na gani da na'urorin lantarki.
Hoto na 1 Tsarin zane na lu'ulu'u na monoclinic β-Ga2O3
Daga mahangar ka'idar makamin makamashi, mafi ƙarancin ƙimar makamin watsawa na β-Ga2O3 an samo shi ne daga yanayin kuzarin da ya dace da zagayen 4s0 na atom ɗin Ga. Ana auna bambancin kuzari tsakanin mafi ƙarancin ƙimar makamin watsawa da matakin kuzarin injin (ƙarfin haɗin lantarki). shine 4 eV. Ana auna tasirin ƙarfin lantarki na β-Ga2O3 a matsayin 0.28–0.33 me da kuma kyakkyawan ƙarfin lantarki. Duk da haka, matsakaicin makamin watsawa yana nuna ƙaramin lanƙwasa Ek tare da ƙarancin lanƙwasa da kuma orbitals na O2p da aka keɓe sosai, yana nuna cewa ramukan suna da zurfi a wurin. Waɗannan halaye suna haifar da babban ƙalubale don cimma doping na nau'in p a cikin β-Ga2O3. Ko da za a iya cimma doping na nau'in P, ramin μ yana nan a matakin ƙasa sosai. 2. Girman lu'ulu'u guda ɗaya na gallium oxide. Zuwa yanzu, hanyar girma ta β-Ga2O3 babban lu'ulu'u ɗaya ce galibi hanyar jan lu'ulu'u, kamar Czochralski (CZ), hanyar ciyar da fim mai sirara da aka ayyana a gefe (Edge -Defined film-fed, EFG), Bridgman (rtical ko horizontal Bridgman, HB ko VB) da fasahar iyo (floating zone, FZ). Daga cikin dukkan hanyoyin, ana sa ran hanyoyin ciyar da fim mai sirara da aka ayyana a gefe su zama hanyoyin da suka fi kyau don samar da wafers β-Ga 2O3 mai yawa a nan gaba, domin za su iya cimma manyan girma da ƙarancin lahani a lokaci guda. Har zuwa yanzu, Fasahar New Crystal ta Japan ta samar da matrix na kasuwanci don haɓakar narkewa β-Ga2O3.
1.1 Hanyar Czochralski
Ka'idar hanyar Czochralski ita ce a fara rufe layin iri, sannan a cire lu'ulu'u ɗaya a hankali daga narkewar. Hanyar Czochralski tana da mahimmanci ga β-Ga2O3 saboda ingancinsa, girman girmansa, da kuma girman sinadarin lu'ulu'u mai inganci. Duk da haka, saboda matsin lamba na zafi yayin haɓakar zafi na Ga2O3, ƙafewar lu'ulu'u ɗaya, kayan narkewa, da lalacewar Ir crucible za su faru. Wannan sakamakon wahalar cimma ƙarancin nau'in n-doping a cikin Ga2O3. Gabatar da isasshen adadin oxygen a cikin yanayin girma hanya ce ɗaya ta magance wannan matsalar. Ta hanyar ingantawa, an sami nasarar haɓaka β-Ga2O3 mai inganci mai inci 2 tare da kewayon yawan electron kyauta na 10^16~10^19 cm-3 da matsakaicin yawan electron na 160 cm2/Vs ta hanyar hanyar Czochralski.
Hoto na 2: lu'ulu'u ɗaya na β-Ga2O3 da aka girma ta hanyar Czochralski
1.2 Hanyar ciyar da fim da aka ayyana a gefen
Ana ɗaukar hanyar ciyar da fim mai sirara da aka ƙayyade a gefen a matsayin babbar mai fafatawa a harkar samar da kayan lu'ulu'u guda ɗaya na Ga2O3 na kasuwanci. Ka'idar wannan hanyar ita ce sanya narkewar a cikin mold tare da ramin capillary, kuma narkewar ta tashi zuwa mold ta hanyar aikin capillary. A saman, siririn fim yana samuwa kuma yana bazuwa a kowane bangare yayin da lu'ulu'u na iri ke haifar da kristal. Bugu da ƙari, ana iya sarrafa gefun saman mold don samar da lu'ulu'u a cikin flakes, tubes, ko duk wani yanayin da ake so. Hanyar ciyar da fim mai sirara da aka ƙayyade a gefen Ga2O3 tana ba da saurin girma da manyan diamita. Hoto na 3 yana nuna zane na lu'ulu'u guda ɗaya na β-Ga2O3. Bugu da ƙari, dangane da girman girma, an tallata substrates na inci 2 da inci 4 tare da kyakkyawan bayyanawa da daidaito, yayin da aka nuna substrate mai inci 6 a cikin bincike don tallatawa nan gaba. Kwanan nan, manyan kayan girma guda ɗaya masu zagaye sun sami samuwa tare da daidaitawar (−201). Bugu da ƙari, hanyar ciyar da fim ɗin da aka ayyana a gefen β-Ga2O3 ita ma tana haɓaka shan abubuwan ƙarfe masu canzawa, wanda hakan ke sa bincike da shirya Ga2O3 ya yiwu.
Hoto na 3: lu'ulu'u ɗaya na β-Ga2O3 da aka haɓaka ta hanyar hanyar ciyar da fim ɗin da aka ƙayyade
1.3 Hanyar Bridgeman
A cikin hanyar Bridgeman, ana samar da lu'ulu'u a cikin wani bututun ƙarfe wanda ake motsa shi a hankali ta hanyar canjin zafin jiki. Ana iya yin wannan aikin a kwance ko a tsaye, yawanci ta amfani da bututun ƙarfe mai juyawa. Yana da kyau a lura cewa wannan hanyar na iya amfani da tsaba na lu'ulu'u ko ba za ta iya amfani da su ba. Masu aikin Bridgman na gargajiya ba su da hangen nesa kai tsaye na tsarin narkewa da girma na lu'ulu'u kuma dole ne su sarrafa yanayin zafi da daidaito sosai. Hanyar Bridgman ta tsaye galibi ana amfani da ita ne don haɓakar β-Ga2O3 kuma an san ta da ikonta na girma a cikin yanayin iska. A lokacin tsarin girma na hanyar Bridgman ta tsaye, jimlar asarar taro na narkewa da bututun ƙarfe ana kiyaye shi ƙasa da 1%, wanda ke ba da damar haɓaka manyan lu'ulu'u guda ɗaya na β-Ga2O3 tare da ƙarancin asara.
Hoto na 4: lu'ulu'u ɗaya na β-Ga2O3 da aka noma ta hanyar Bridgeman
1.4 Hanyar yankin iyo
Hanyar yankin iyo tana magance matsalar gurɓatar lu'ulu'u ta hanyar kayan giciye kuma tana rage yawan kuɗaɗen da ke tattare da gurɓatar lu'ulu'u masu jure zafi mai yawa. A lokacin wannan tsarin girma, ana iya dumama narkewar ta hanyar fitila maimakon tushen RF, don haka yana sauƙaƙa buƙatun kayan haɓaka. Kodayake siffa da ingancin lu'ulu'u na β-Ga2O3 da aka noma ta hanyar yankin iyo ba su da kyau tukuna, wannan hanyar tana buɗe hanya mai kyau don haɓaka β-Ga2O3 mai tsarki zuwa lu'ulu'u guda ɗaya masu rahusa.
Hoto na 5: lu'ulu'u ɗaya mai siffar β-Ga2O3 wanda aka haɓaka ta hanyar hanyar yankin da ke iyo.
Lokacin Saƙo: Mayu-30-2024