Nahazo ny sain'ny maro ny semiconductor misy elanelana mivelatra (WBG) asehon'ny silicon carbide (SiC) sy gallium nitride (GaN). Manantena zavatra betsaka ny olona amin'ny fampiharana ny silicon carbide amin'ny fiara elektrika sy tambajotra herinaratra, ary koa ny fampiharana ny gallium nitride amin'ny famandrihana haingana. Tato anatin'ny taona vitsivitsy, ny fikarohana momba ny Ga2O3, AlN ary ny fitaovana diamondra dia nandroso be, ka nahatonga ny fitaovana semiconductor misy elanelana mivelatra be ho ifantohan'ny saina. Anisan'izany ny gallium oxide (Ga2O3) izay fitaovana semiconductor misy elanelana mivelatra be vao misondrotra miaraka amin'ny elanelana mivelatra 4.8 eV, tanjaky ny saha breakdown ara-teorika eo amin'ny 8 MV cm-1 eo ho eo, hafainganam-pandeha saturation eo amin'ny 2E7cm s-1 eo ho eo, ary Baliga quality factor avo lenta 3000, izay nahazo ny sain'ny maro eo amin'ny sehatry ny elektronika herinaratra voltazy avo lenta sy matetika avo lenta.
1. Toetra mampiavaka ny akora oksida gallium
Manana elanelana lehibe (4.8 eV) ny Ga2O3, izay antenaina hahatratra ny fahafaha-miaritra voltase avo lenta sy ny hery avo lenta, ary mety manana ny fahafahana mifanaraka amin'ny voltase avo lenta amin'ny fanoherana ambany, ka mahatonga azy ireo ho ifantohan'ny fikarohana ankehitriny. Ankoatra izany, ny Ga2O3 dia tsy vitan'ny hoe manana toetra tsara amin'ny fitaovana, fa manome teknolojia doping karazana-n mora amboarina ihany koa, ary koa teknolojia fitomboan'ny substrate sy epitaxy mora vidy. Hatreto, dingana kristaly dimy samihafa no hita ao amin'ny Ga2O3, anisan'izany ny dingana corundum (α), monoclinic (β), spinel tsy mety (γ), cubic (δ) ary orthorhombic (ɛ). Ny fahamarinan'ny thermodynamic dia, araka ny filaharany, γ, δ, α, ɛ, ary β. Tsara homarihina fa ny monoclinic β-Ga2O3 no marin-toerana indrindra, indrindra amin'ny mari-pana avo, raha toa kosa ny dingana hafa dia metastable ambonin'ny mari-pana ao amin'ny efitrano ary mirona hiova ho dingana β amin'ny fepetra mafana manokana. Noho izany, ny fampandrosoana ireo fitaovana mifototra amin'ny β-Ga2O3 dia lasa ifantohana lehibe eo amin'ny sehatry ny elektronika herinaratra tato anatin'ny taona vitsivitsy.
Tabilao 1 Fampitahana ny masontsivana sasany amin'ny akora semiconductor
Aseho ao amin'ny Tabilao 1 ny firafitry ny kristaly monoklinikaβ-Ga2O3. Ny masontsivana ao amin'ny tambajotra dia ahitana ny a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, ary β = 103.8°. Ny sela singa dia ahitana atôma Ga(I) misy fandrindrana tetrahedral miolikolika sy atôma Ga(II) misy fandrindrana oktahedral. Misy fandaminana telo samihafa amin'ny atôma oksizenina ao amin'ny filaharana "kibika miolikolika", anisan'izany ny atôma O(I) sy O(II) roa miolikolika ary atôma O(III) iray miolikolika. Ny fitambaran'ireo karazana fandrindrana atôma roa ireo dia mitarika amin'ny anisotropy an'ny β-Ga2O3 manana toetra manokana amin'ny fizika, ny harafesina simika, ny optika ary ny elektronika.
Sary 1 Kisarisary ara-drafitra amin'ny kristaly β-Ga2O3 monoklinika
Raha jerena amin'ny fomba fijerin'ny teôrian'ny tarika angovo, ny sanda farany ambany indrindra amin'ny tarika fitarihana an'ny β-Ga2O3 dia avy amin'ny toetry ny angovo mifanaraka amin'ny fihodinana hybrid 4s0 an'ny atôma Ga. Ny fahasamihafan'ny angovo eo amin'ny sanda farany ambany indrindra amin'ny tarika fitarihana sy ny haavon'ny angovo banga (angovo afin'ny elektrôna) dia refesina. Ny lanjan'ny elektrôna mahomby an'ny β-Ga2O3 dia refesina ho 0.28–0.33 me sy ny fitarihana elektronika tsara indrindra. Na izany aza, ny fara tampon'ny tarika valence dia mampiseho fiolahana Ek marivo miaraka amin'ny fiolahana ambany dia ambany sy orbital O2p eo an-toerana mafy, izay manondro fa ny lavaka dia eo an-toerana lalina. Ireo toetra ireo dia mametraka fanamby lehibe amin'ny fanatanterahana ny doping karazana-p ao amin'ny β-Ga2O3. Na dia azo tratrarina aza ny doping karazana-P, ny lavaka μ dia mijanona amin'ny ambaratonga ambany dia ambany. 2. Fitomboan'ny kristaly tokana gallium oxide betsaka Hatramin'izao, ny fomba fitomboan'ny substrate kristaly tokana β-Ga2O3 betsaka dia ny fomba fisintonana kristaly, toy ny Czochralski (CZ), ny fomba famahanana sarimihetsika manify voafaritra amin'ny sisiny (Edge -Defined film-fed, EFG), Bridgman (rtical na horizontal Bridgman, HB na VB) ary ny teknolojia faritra mitsingevana (floating zone, FZ). Amin'ireo fomba rehetra ireo, ny fomba Czochralski sy ny fomba famahanana sarimihetsika manify voafaritra amin'ny sisiny no antenaina ho lalana mampanantena indrindra amin'ny famokarana faobe ny wafers β-Ga 2O3 amin'ny ho avy, satria afaka mahazo habetsahana betsaka sy hakitroky ny lesoka ambany miaraka izy ireo. Hatramin'izao, ny Novel Crystal Technology any Japon dia nahatanteraka matrice ara-barotra ho an'ny fitomboan'ny β-Ga2O3 mitsonika.
1.1 Fomba Czochralski
Ny fitsipiky ny fomba Czochralski dia ny handrakofana aloha ny sosona voa, ary avy eo dia esorina moramora avy ao amin'ny toerana mitsonika ny kristaly tokana. Miha-zava-dehibe hatrany ny fomba Czochralski ho an'ny β-Ga2O3 noho ny vidiny mirary, ny habeny lehibe, ary ny fitomboan'ny substrate kristaly avo lenta. Na izany aza, noho ny fihenjanana ara-hafanana mandritra ny fitomboan'ny Ga2O3 amin'ny mari-pana avo, dia hitranga ny etona amin'ny kristaly tokana, ny fitaovana mitsonika, ary ny fahasimban'ny lafaoro Ir. Izany dia vokatry ny fahasarotana amin'ny fahazoana doping karazana-n ambany ao amin'ny Ga2O3. Ny fampidirana oksizenina ampy tsara ao amin'ny atmosfera fitomboana dia fomba iray hamahana ity olana ity. Amin'ny alàlan'ny fanatsarana, ny β-Ga2O3 2-inch avo lenta miaraka amin'ny fifantohana elektrôna afaka 10^16~10^19 cm-3 ary ny hakitroky ny elektrôna ambony indrindra 160 cm2/Vs dia nahomby tamin'ny alàlan'ny fomba Czochralski.
Sary 2 Kristaly tokana amin'ny β-Ga2O3 novolena tamin'ny fomba Czochralski
1.2 Fomba famahanana sarimihetsika voafaritra amin'ny sisiny
Ny fomba famahanana sarimihetsika manify voafaritra amin'ny sisiny dia heverina ho mpifaninana lehibe amin'ny famokarana ara-barotra ny fitaovana kristaly tokana Ga2O3 misy velarana midadasika. Ny foto-kevitry ny fomba ity dia ny fametrahana ny levona ao anaty lasitra misy lavaka kapilary, ary ny levona dia miakatra mankany amin'ny lasitra amin'ny alàlan'ny fiasan'ny kapilary. Eo an-tampony, misy sarimihetsika manify miforona ary miparitaka amin'ny lafiny rehetra sady voatosika hivaingana amin'ny kristaly voa. Fanampin'izany, ny sisin'ny tampony amin'ny lasitra dia azo fehezina mba hamokarana kristaly amin'ny endrika poti-javatra, fantsona, na jeometrika irina. Ny fomba famahanana sarimihetsika manify voafaritra amin'ny sisiny amin'ny Ga2O3 dia manome tahan'ny fitomboana haingana sy savaivony lehibe. Ny sary 3 dia mampiseho ny kisarisary kristaly tokana β-Ga2O3. Ankoatra izany, raha ny haben'ny habeny, ny substrates β-Ga2O3 2-inch sy 4-inch izay mangarahara sy mitovy tsara dia efa novokarina, raha ny substrate 6-inch kosa dia aseho amin'ny fikarohana ho an'ny varotra amin'ny ho avy. Vao haingana, ny fitaovana betsaka kristaly tokana boribory lehibe dia efa azo ampiasaina miaraka amin'ny orientation (−201). Ankoatra izany, ny fomba famahanana sarimihetsika voafaritra sisiny β-Ga2O3 dia mampiroborobo ihany koa ny fampidirana ireo singa metaly tetezamita, ka ahafahana mikaroka sy manomana ny Ga2O3.
Sary 3 Kristaly tokana β-Ga2O3 novolena tamin'ny fomba famahanana sarimihetsika voafaritra sisiny
1.3 Fomba Bridgeman
Ao amin'ny fomba Bridgeman, ny kristaly dia amboarina ao anaty vilany fandrahoana izay ahetsiketsika tsikelikely amin'ny alàlan'ny fiovaovan'ny mari-pana. Azo atao amin'ny endrika mitsivalana na mitsangana ny dingana, matetika amin'ny fampiasana vilany fandrahoana mihodina. Tsara homarihina fa ity fomba ity dia mety hampiasa na tsia ny voan'ny kristaly. Ny mpandraharaha Bridgman nentim-paharazana dia tsy manana fahitana mivantana ny fizotran'ny fandrendrehana sy ny fitomboan'ny kristaly ary tsy maintsy mifehy ny mari-pana amin'ny fomba marina tsara. Ny fomba Bridgman mitsangana dia ampiasaina indrindra amin'ny fitomboan'ny β-Ga2O3 ary fantatra amin'ny fahafahany mitombo amin'ny tontolo iainana rivotra. Mandritra ny fizotran'ny fitomboan'ny fomba Bridgman mitsangana, ny fahaverezan'ny lanjan'ny fandrendrehana sy ny vilany fandrahoana dia tazonina ambanin'ny 1%, ahafahana mitombo kristaly tokana β-Ga2O3 lehibe miaraka amin'ny fatiantoka kely indrindra.
Sary 4 Kristaly tokana amin'ny β-Ga2O3 novolena tamin'ny fomba Bridgeman
1.4 Fomba faritra mitsingevana
Mamaha ny olan'ny fahalotoan'ny kristaly amin'ny alalan'ny fitaovana fandrendrehana ny fomba "floating zone" ary mampihena ny fandaniana lafo vidy mifandraika amin'ny "infrared" mahatohitra ny mari-pana avo. Mandritra ity dingana fitomboana ity, ny "rendre" dia azo hafanaina amin'ny alalan'ny jiro fa tsy amin'ny alalan'ny loharano RF, ka manatsotra ny fepetra takiana amin'ny fitaovana fitomboana. Na dia mbola tsy tsara indrindra aza ny endrika sy ny kalitaon'ny kristaly an'ny β-Ga2O3 ambolena amin'ny alalan'ny fomba "floating zone", ity fomba ity dia manokatra fomba mampanantena ho an'ny fambolena β-Ga2O3 madio avo lenta ho kristaly tokana mora vidy.
Sary 5. Kristaly tokana β-Ga2O3 novolena tamin'ny alalan'ny fomba mitsingevana.
Fotoana fandefasana: 30 Mey 2024