සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) සහ ගැලියම් නයිට්රයිඩ් (GaN) මගින් නිරූපණය වන පුළුල් කලාප පරතරය (WBG) අර්ධ සන්නායක පුළුල් අවධානයක් ලබා ඇත. විදුලි වාහන සහ විදුලිබල ජාල වල සිලිකන් කාබයිඩ් යෙදීමේ අපේක්ෂාවන් මෙන්ම වේගවත් ආරෝපණයේදී ගැලියම් නයිට්රයිඩ් යෙදීමේ අපේක්ෂාවන් සඳහා ජනතාව ඉහළ අපේක්ෂාවන් තබා ඇත. මෑත වසරවලදී, Ga2O3, AlN සහ දියමන්ති ද්රව්ය පිළිබඳ පර්යේෂණ සැලකිය යුතු ප්රගතියක් ලබා ඇති අතර, අතිශය පුළුල් කලාප පරතරය අර්ධ සන්නායක ද්රව්ය කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි. ඒවා අතර, ගැලියම් ඔක්සයිඩ් (Ga2O3) යනු 4.8 eV කලාප පරතරයක්, 8 MV cm-1 පමණ න්යායාත්මක තීරණාත්මක බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්ර ශක්තියක්, 2E7cm s-1 පමණ සංතෘප්ත ප්රවේගයක් සහ 3000 ක ඉහළ Baliga ගුණාත්මක සාධකයක් සහිත නැගී එන අතිශය පුළුල් කලාප පරතරයකින් යුත් අර්ධ සන්නායක ද්රව්යයකි, අධි වෝල්ටීයතා සහ අධි සංඛ්යාත බල ඉලෙක්ට්රොනික ක්ෂේත්රයේ පුළුල් අවධානයක් ලබා ගනී.
1. ගැලියම් ඔක්සයිඩ් ද්රව්ය ලක්ෂණ
Ga2O3 විශාල කලාප පරතරයක් (4.8 eV) ඇති අතර, ඉහළ ඔරොත්තු දීමේ වෝල්ටීයතාවය සහ ඉහළ බල හැකියාවන් යන දෙකම ලබා ගැනීමට අපේක්ෂා කරන අතර, සාපේක්ෂව අඩු ප්රතිරෝධයකදී ඉහළ වෝල්ටීයතා අනුවර්තනය වීමේ විභවයක් ඇති අතර, ඒවා වත්මන් පර්යේෂණවල අවධානයට ලක් වේ. ඊට අමතරව, Ga2O3 විශිෂ්ට ද්රව්ය ගුණාංග පමණක් නොව, පහසුවෙන් වෙනස් කළ හැකි n-වර්ගයේ මාත්රණ තාක්ෂණයන් මෙන්ම අඩු වියදම් උපස්ථර වර්ධනය සහ එපිටැක්සි තාක්ෂණයන් ද සපයයි. මේ වන විට, Ga2O3 හි කොරුන්ඩම් (α), මොනොක්ලිනික් (β), දෝෂ සහිත ස්පිනල් (γ), ඝන (δ) සහ ඕතොරොම්බික් (ɛ) අවධීන් ඇතුළුව විවිධ ස්ඵටික අවධීන් පහක් සොයාගෙන ඇත. තාප ගතික ස්ථායිතා, අනුපිළිවෙලින්, γ, δ, α, ɛ, සහ β වේ. මොනොක්ලිනික් β-Ga2O3 වඩාත්ම ස්ථායී බව සඳහන් කිරීම වටී, විශේෂයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, අනෙකුත් අවධීන් කාමර උෂ්ණත්වයට වඩා පරිවෘත්තීය වන අතර නිශ්චිත තාප තත්වයන් යටතේ β අවධියට පරිවර්තනය වීමට නැඹුරු වේ. එබැවින්, මෑත වසරවලදී බල ඉලෙක්ට්රොනික ක්ෂේත්රයේ β-Ga2O3-පාදක උපාංග සංවර්ධනය ප්රධාන අවධානයක් යොමු කර ඇත.
වගුව 1 සමහර අර්ධ සන්නායක ද්රව්ය පරාමිතීන් සංසන්දනය කිරීම
මොනොක්ලිනික්β-Ga2O3 හි ස්ඵටික ව්යුහය වගුව 1 හි දක්වා ඇත. එහි දැලිස් පරාමිතීන් අතර a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, සහ β = 103.8° ඇතුළත් වේ. ඒකක සෛලය ඇඹරුණු ටෙට්රාහෙඩ්රල් සම්බන්ධීකරණයක් සහිත Ga(I) පරමාණු සහ අෂ්ටාහෙඩ්රල් සම්බන්ධීකරණයක් සහිත Ga(II) පරමාණු වලින් සමන්විත වේ. “ඇඹරුණු ඝනක” අරාවේ ඔක්සිජන් පරමාණුවල විවිධ සැකසුම් තුනක් ඇත, ඒවාට ත්රිකෝණාකාරව සම්බන්ධීකරණය කරන ලද O(I) සහ O(II) පරමාණු දෙකක් සහ එක් ටෙට්රාහෙඩ්රල් සම්බන්ධීකරණය කරන ලද O(III) පරමාණුවක් ඇතුළත් වේ. මෙම පරමාණුක සම්බන්ධීකරණ වර්ග දෙකේ සංයෝජනය භෞතික විද්යාව, රසායනික විඛාදනය, දෘෂ්ටි විද්යාව සහ ඉලෙක්ට්රොනික විද්යාවේ විශේෂ ගුණාංග සහිත β-Ga2O3 හි ඇනිසොට්රොපියට මග පාදයි.
රූපය 1 ඒකචක්රීය β-Ga2O3 ස්ඵටිකයේ ක්රමානුරූප ව්යුහාත්මක රූප සටහන
ශක්ති කලාප න්යායේ දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, β-Ga2O3 හි සන්නායක කලාපයේ අවම අගය Ga පරමාණුවේ 4s0 දෙමුහුන් කක්ෂයට අනුරූප වන ශක්ති තත්ත්වයෙන් ලබා ගනී. සන්නායක කලාපයේ අවම අගය සහ රික්ත ශක්ති මට්ටම (ඉලෙක්ට්රෝන සම්බන්ධතා ශක්තිය) අතර ශක්ති වෙනස මනිනු ලබන්නේ 4 eV වේ. β-Ga2O3 හි ඵලදායී ඉලෙක්ට්රෝන ස්කන්ධය 0.28–0.33 me සහ එහි හිතකර ඉලෙක්ට්රොනික සන්නායකතාවය ලෙස මනිනු ලැබේ. කෙසේ වෙතත්, සංයුජතා කලාපයේ උපරිමය ඉතා අඩු වක්රතාවයක් සහ දැඩි ලෙස ස්ථානගත කරන ලද O2p කාක්ෂික සහිත නොගැඹුරු Ek වක්රයක් ප්රදර්ශනය කරයි, එයින් ඇඟවෙන්නේ සිදුරු ගැඹුරින් ස්ථානගත කර ඇති බවයි. β-Ga2O3 හි p-වර්ගයේ මාත්රණය ලබා ගැනීම සඳහා මෙම ලක්ෂණ විශාල අභියෝගයක් එල්ල කරයි. P-වර්ගයේ මාත්රණය ලබා ගත හැකි වුවද, කුහරය μ ඉතා අඩු මට්ටමක පවතී. 2. තොග ගැලියම් ඔක්සයිඩ් තනි ස්ඵටික වර්ධනය මේ දක්වා, β-Ga2O3 තොග තනි ස්ඵටික උපස්ථරයේ වර්ධන ක්රමය ප්රධාන වශයෙන් ස්ඵටික ඇදීමේ ක්රමය වන අතර, එනම් Czochralski (CZ), දාර-නිර්වචනය කළ තුනී පටල පෝෂණ ක්රමය (Edge -Defined film-fed, EFG), Bridgman (rtical හෝ horizontal Bridgman, HB හෝ VB) සහ පාවෙන කලාපය (පාවෙන කලාපය, FZ) තාක්ෂණය. සියලුම ක්රම අතර, Czochralski සහ දාර-නිර්වචනය කළ තුනී පටල පෝෂණ ක්රම අනාගතයේ දී β-Ga 2O3 වේෆර් මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා වඩාත්ම පොරොන්දු වූ මාර්ග වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ, මන්ද ඒවාට එකවර විශාල පරිමාවන් සහ අඩු දෝෂ ඝනත්වයන් ලබා ගත හැකිය. මේ දක්වා, ජපානයේ නවල් ස්ඵටික තාක්ෂණය β-Ga2O3 දියවන වර්ධනය සඳහා වාණිජ අනුකෘතියක් සාක්ෂාත් කර ගෙන ඇත.
1.1 චොක්රල්ස්කි ක්රමය
චොක්රල්ස්කි ක්රමයේ මූලධර්මය නම්, බීජ ස්ථරය මුලින්ම ආවරණය කර, පසුව තනි ස්ඵටිකය දියවීමෙන් සෙමෙන් පිටතට ඇද ගැනීමයි. චොක්රල්ස්කි ක්රමය β-Ga2O3 සඳහා එහි පිරිවැය-ඵලදායීතාවය, විශාල ප්රමාණයේ හැකියාවන් සහ ඉහළ ස්ඵටික ගුණාත්මක උපස්ථර වර්ධනය හේතුවෙන් වඩ වඩාත් වැදගත් වේ. කෙසේ වෙතත්, Ga2O3 හි ඉහළ උෂ්ණත්ව වර්ධනය අතරතුර තාප ආතතිය හේතුවෙන්, තනි ස්ඵටික වාෂ්පීකරණය, දියවන ද්රව්ය සහ Ir කබොලට හානි සිදුවනු ඇත. මෙය Ga2O3 හි අඩු n-වර්ගයේ මාත්රණයක් ලබා ගැනීමේ දුෂ්කරතාවයයි. වර්ධන වායුගෝලයට සුදුසු ඔක්සිජන් ප්රමාණයක් හඳුන්වා දීම මෙම ගැටළුව විසඳීමට එක් ක්රමයකි. ප්රශස්තිකරණය හරහා, 10^16~10^19 cm-3 නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන සාන්ද්රණ පරාසයක් සහ 160 cm2/Vs උපරිම ඉලෙක්ට්රෝන ඝනත්වයක් සහිත උසස් තත්ත්වයේ 2-අඟල් β-Ga2O3, චොක්රල්ස්කි ක්රමය මගින් සාර්ථකව වගා කර ඇත.
රූපය 2 චොක්රල්ස්කි ක්රමය මගින් වගා කරන ලද β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකයක්
1.2 දාර-නිර්වචනය කළ පටල පෝෂණ ක්රමය
විශාල ප්රදේශයක Ga2O3 තනි ස්ඵටික ද්රව්ය වාණිජමය වශයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා ප්රමුඛ තරඟකරු ලෙස දාර-නිර්වචනය කරන ලද තුනී පටල පෝෂණ ක්රමය සැලකේ. මෙම ක්රමයේ මූලධර්මය වන්නේ කේශනාලිකා විවරයක් සහිත අච්චුවක උණු කිරීම තැබීම වන අතර, කේශනාලිකා ක්රියාකාරිත්වය හරහා උණු කිරීම අච්චුවට නැඟී යයි. ඉහළින්, බීජ ස්ඵටිකය මගින් ස්ඵටිකීකරණය වීමට පෙළඹෙන අතරතුර තුනී පටලයක් සෑදී සෑම දිශාවකටම පැතිරෙයි. මීට අමතරව, අච්චු මුදුනේ දාර පාලනය කළ හැකි අතර පෙති, නල හෝ ඕනෑම අපේක්ෂිත ජ්යාමිතියක ස්ඵටික නිපදවීමට හැකිය. Ga2O3 හි දාර-නිර්වචනය කරන ලද තුනී පටල පෝෂණ ක්රමය වේගවත් වර්ධන අනුපාත සහ විශාල විෂ්කම්භයන් සපයයි. රූපය 3 β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකයක රූප සටහනක් පෙන්වයි. ඊට අමතරව, ප්රමාණයේ පරිමාණය අනුව, විශිෂ්ට විනිවිදභාවයක් සහ ඒකාකාරිත්වයක් සහිත අඟල් 2 සහ අඟල් 4 β-Ga2O3 උපස්ථර වාණිජකරණය කර ඇති අතර, අනාගත වාණිජකරණය සඳහා පර්යේෂණ වලදී අඟල් 6 උපස්ථරය පෙන්නුම් කෙරේ. මෑතකදී, (−201) දිශානතිය සමඟ විශාල රවුම් තනි-ස්ඵටික තොග ද්රව්ය ද ලබා ගත හැකිය. ඊට අමතරව, β-Ga2O3 දාර-නිර්වචනය කළ පටල පෝෂණ ක්රමය මඟින් සංක්රාන්ති ලෝහ මූලද්රව්ය මාත්රණය කිරීම ප්රවර්ධනය කරන අතර, Ga2O3 පර්යේෂණ කිරීම සහ සකස් කිරීම කළ හැකිය.
රූපය 3 දාර-නිර්වචනය කළ පටල පෝෂණ ක්රමය මගින් වගා කරන ලද β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකය
1.3 බ්රිජ්මන් ක්රමය
බ්රිජ්මන් ක්රමයේදී, ස්ඵටික සෑදී ඇත්තේ උෂ්ණත්ව අනුක්රමයක් හරහා ක්රමයෙන් චලනය වන කබොලකය. මෙම ක්රියාවලිය තිරස් හෝ සිරස් දිශානතියකින් සිදු කළ හැකි අතර, සාමාන්යයෙන් භ්රමණය වන කබොලක් භාවිතා කරයි. මෙම ක්රමයට ස්ඵටික බීජ භාවිතා කළ හැකි හෝ නොකළ හැකි බව සඳහන් කිරීම වටී. සාම්ප්රදායික බ්රිජ්මන් ක්රියාකරුවන්ට ද්රවාංක සහ ස්ඵටික වර්ධන ක්රියාවලීන් සෘජුවම දෘශ්යකරණය කිරීම නොමැති අතර ඉහළ නිරවද්යතාවයකින් උෂ්ණත්වය පාලනය කළ යුතුය. සිරස් බ්රිජ්මන් ක්රමය ප්රධාන වශයෙන් β-Ga2O3 වර්ධනය සඳහා භාවිතා කරන අතර වායු පරිසරයක වර්ධනය වීමේ හැකියාව සඳහා ප්රසිද්ධය. සිරස් බ්රිජ්මන් ක්රමයේ වර්ධන ක්රියාවලියේදී, දියවන සහ කබොලෙහි මුළු ස්කන්ධ අලාභය 1% ට වඩා අඩුවෙන් තබා ඇති අතර, අවම අලාභයක් සහිත විශාල β-Ga2O3 තනි ස්ඵටික වර්ධනයට ඉඩ සලසයි.
රූපය 4 බ්රිජ්මන් ක්රමය මගින් වගා කරන ලද β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකයක්
1.4 පාවෙන කලාප ක්රමය
පාවෙන කලාප ක්රමය මඟින් කබොල ද්රව්ය මගින් ස්ඵටික දූෂණය වීමේ ගැටළුව විසඳන අතර ඉහළ උෂ්ණත්වයට ඔරොත්තු දෙන අධෝරක්ත කබොල හා සම්බන්ධ ඉහළ පිරිවැය අඩු කරයි. මෙම වර්ධන ක්රියාවලියේදී, දියවීම RF ප්රභවයකට වඩා ලාම්පුවකින් රත් කළ හැකි අතර එමඟින් වර්ධන උපකරණ සඳහා අවශ්යතා සරල කරයි. පාවෙන කලාප ක්රමය මඟින් වගා කරන ලද β-Ga2O3 හි හැඩය සහ ස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය තවමත් ප්රශස්ත නොවූවත්, මෙම ක්රමය මඟින් ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් β-Ga2O3 අයවැය-හිතකාමී තනි ස්ඵටික බවට වර්ධනය කිරීම සඳහා පොරොන්දු වූ ක්රමයක් විවෘත කරයි.
රූපය 5 පාවෙන කලාප ක්රමය මගින් වගා කරන ලද β-Ga2O3 තනි ස්ඵටිකය.
පළ කිරීමේ කාලය: මැයි-30-2024