Ua maua e le toʻatele le gauai atu i semiconductors lautele o le bandgap (WBG) o loʻo faʻatusalia e le silicon carbide (SiC) ma le gallium nitride (GaN). E maualuga le faʻamoemoega o tagata mo le faʻaaogaina o le silicon carbide i taʻavale eletise ma fesoʻotaʻiga eletise, faʻapea foʻi ma le faʻaaogaina o le gallium nitride i le faʻatumuina vave. I tausaga talu ai nei, o suʻesuʻega i luga o le Ga2O3, AlN ma meafaitino taimane ua faia ai se alualu i luma tele, ma avea ai meafaitino semiconductor ultra-wide bandgap ma taulaʻiga o le gauai. O nisi o ia mea, o le gallium oxide (Ga2O3) o se meafaitino semiconductor ultra-wide-bandgap fou ma le band gap e 4.8 eV, o le malosi o le fanua faʻaleagaina taua e tusa ma le 8 MV cm-1, o le saoasaoa o le saturation e tusa ma le 2E7cm s-1, ma le maualuga o le Baliga quality factor e 3000, ua maua ai le gauai atu i le toʻatele i le matata o le eletise eletise maualuga ma le eletise eletise maualuga.
1. Uiga o meafaitino o le gallium oxide
O le Ga2O3 e iai se vaeluaga tele o fusi (4.8 eV), e faʻamoemoe e ausia ai le maualuga o le voltage ma le malosi maualuga, ma e mafai ona iai le gafatia mo le fetuʻunaʻi o le voltage maualuga i le teteʻe maualalo, ma avea ai ma taulaʻiga o suʻesuʻega o loʻo iai nei. E le gata i lea, e le gata o loʻo iai i le Ga2O3 ni meatotino lelei tele, ae e maua ai foʻi le tele o tekinolosi doping n-type e faigofie ona fetuʻunaʻi, faʻapea foʻi ma tekinolosi tuputupu aʻe substrate taugofie ma epitaxy. I le taimi nei, e lima vaega eseese o le crystal ua maua i le Ga2O3, e aofia ai le corundum (α), monoclinic (β), defective spinel (γ), cubic (δ) ma orthorhombic (ɛ) phases. O le mautu o le thermodynamic, i le faasologa, γ, δ, α, ɛ, ma le β. E taua le maitauina o le monoclinic β-Ga2O3 e sili ona mautu, aemaise lava i le vevela maualuga, ae o isi vaega e metastable i luga aʻe o le vevela o le potu ma e masani ona liua i le vaega β i lalo o tulaga faʻapitoa o le vevela. O le mea lea, o le atinaʻeina o masini e faʻavae i luga o le β-Ga2O3 ua avea ma taulaʻiga autu i le matata o le eletise eletise i tausaga talu ai nei.
Laulau 1 Fa'atusatusaga o nisi o fa'asologa o meafaitino semiconductor
O le fausaga tioata o le monoclinicβ-Ga2O3 o loʻo faʻaalia i le Laulau 1. O ona faʻatulagaga lattice e aofia ai le a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, ma le β = 103.8°. O le iunite cell e aofia ai atoms Ga(I) ma le tetrahedral coordination milo ma atoms Ga(II) ma le octahedral coordination. E tolu faʻatulagaga eseese o atoms oxygen i le "twisted cubic" array, e aofia ai atoms O(I) ma O(II) e lua e faʻamaopoopoina i le tafatolu ma le tasi atom O(III) e tasi e tetrahedrally coordinated. O le tuʻufaʻatasia o nei ituaiga e lua o le atomic coordination e oʻo atu ai i le anisotropy o le β-Ga2O3 ma meatotino faʻapitoa i le fisiki, chemical corrosion, optics ma electronics.
Ata 1 Fa'ata'ita'iga fa'atulagaina o le tioata monoclinic β-Ga2O3
Mai le vaaiga a le energy band theory, o le tau maualalo o le conduction band o le β-Ga2O3 e maua mai le tulaga o le malosi e fetaui ma le 4s0 hybrid orbit o le Ga atom. O le eseesega o le malosi i le va o le tau maualalo o le conduction band ma le tulaga o le vacuum energy (electron affinity energy) e fuaina. o le 4 eV. O le effective electron mass o le β-Ga2O3 e fuaina o le 0.28–0.33 me ma lona electronic conductivity lelei. Peita'i, o le valence band maximum e fa'aalia ai se Ek curve papa'u ma le curvature maualalo tele ma O2p orbitals e matua'i fa'atulagaina, e fa'ailoa mai ai o pu e loloto le fa'atulagaina. O nei uiga e avea ma lu'itau tele e ausia ai le p-type doping i le β-Ga2O3. E tusa lava pe mafai ona ausia le P-type doping, o le pu μ e tumau pea i se tulaga maualalo tele. 2. Tuputupu aʻe o le gallium oxide single crystal Seʻia oʻo mai i le taimi nei, o le auala e tuputupu aʻe ai le β-Ga2O3 bulk single crystal substrate o le auala e toso ai le tioata, e pei o le Czochralski (CZ), edge-defined thin film feeding method (Edge -Defined film-fed, EFG), Bridgman (rtical poʻo le horizontal Bridgman, HB poʻo le VB) ma le floating zone (floating zone, FZ) technology. I totonu o auala uma, o le Czochralski ma le edge-defined thin-film feeding method ua faʻamoemoeina o le a avea ma auala sili ona folafolaina mo le gaosiga tele o β-Ga 2O3 wafers i le lumanaʻi, aua e mafai ona latou ausia i le taimi e tasi le tele o voluma ma le maualalo o le mafiafia o mea sese. Seʻia oʻo mai i le taimi nei, ua iloa e le Novel Crystal Technology a Iapani se matrix faapisinisi mo le tuputupu aʻe o le melt β-Ga2O3.
1.1 Metotia Czochralski
O le mataupu faavae o le metotia Czochralski o le ufiufi muamua lea o le vaega o le fatu, ona toso malie lea o le tioata e tasi mai le mea ua liusuavai. O le metotia Czochralski ua faʻateleina lona taua mo le β-Ga2O3 ona o lona taugofie, gafatia tele, ma le tuputupu aʻe maualuga o le tulaga lelei o le tioata. Peitaʻi, ona o le atuatuvalega vevela i le taimi o le tuputupu aʻe maualuga o le Ga2O3, o le a tupu ai le faʻamamago o tioata e tasi, mea ua liusuavai, ma le faʻaleagaina o le ogaumu Ir. O se taunuuga lea o le faigata ona ausia le maualalo o le doping n-type i le Ga2O3. O le faʻaofiina o se aofaʻi talafeagai o le okesene i totonu o le siosiomaga tuputupu aʻe o se tasi lea o auala e foia ai lenei faʻafitauli. E ala i le faʻaleleia atili, o le β-Ga2O3 maualuga e 2-inisi le maualuga ma le lautele o le electron saoloto o le 10^16~10^19 cm-3 ma le maualuga o le eletise o le 160 cm2/Vs ua manuia le tuputupu aʻe e ala i le metotia Czochralski.
Ata 2 Kilisitala e tasi o le β-Ga2O3 na totoina e ala i le metotia Czochralski
1.2 Metotia o le fafagaina o ata tifaga e fa'auigaina i le pito
O le metotia o le fafagaina o le ata manifinifi e fa'auigaina i le pito ua manatu o le tauvaga sili lea mo le gaosiga faapisinisi o mea tetele Ga2O3 e tasi le tioata. O le mataupu faavae o lenei metotia o le tu'uina lea o le mea ua liusuavai i totonu o se fa'ata'ita'iga e iai se avanoa capillary, ma o le mea ua liusuavai e alu a'e i le fa'ata'ita'iga e ala i le gaioiga capillary. I le pito i luga, e fausia ai se ata manifinifi ma salalau i itu uma a'o fa'aosofia e fa'akristali e le tioata fatu. E le gata i lea, e mafai ona pulea pito o le pito i luga o le fa'ata'ita'iga e gaosia ai tioata i ni fasi, paipa, po'o so'o se geometry e mana'omia. O le metotia o le fafagaina o le ata manifinifi e fa'auigaina i le pito o le Ga2O3 e maua ai le saoasaoa o le tuputupu a'e ma lautele tetele. O lo'o fa'aalia i le Ata 3 se ata o se tioata e tasi β-Ga2O3. E le gata i lea, i tulaga o le tele, o substrates β-Ga2O3 e 2-inisi ma le 4-inisi e sili ona manino ma tutusa ua fa'apisinisi, a'o le substrate 6-inisi ua fa'aalia i su'esu'ega mo fa'apisinisi i le lumana'i. Talu ai nei, ua maua fo'i mea tetele li'o e tasi le tioata ma le fa'atulagaga (−201). E le gata i lea, o le metotia o le fafagaina o le β-Ga2O3 edge-defined film e faʻalauiloa ai foʻi le faʻaaogaina o elemene uʻamea fesuiaʻi, ma mafai ai ona faia suʻesuʻega ma sauniuniga o le Ga2O3.
Ata 3 β-Ga2O3 tioata e tasi na totoina e ala i le metotia o le fafagaina o ata tifaga e faʻamatalaina le pito
1.3 Metotia a Bridgeman
I le metotia a Bridgeman, e fausia ai ni tioata i totonu o se ulo e faasolosolo malie ona gaoioi i se fesuiaiga o le vevela. E mafai ona faia le faagasologa i se tulaga faalava po o se tulaga faatula, e masani lava ona faaaogaina ai se ulo e feliuliuai. E taua le maitauina o lenei metotia atonu e faaaogaina pe leai foi ni fatu tioata. O tagata faigaluega masani a Bridgman e leai se vaaiga tuusa'o o le faagasologa o le liusuavai ma le tuputupu a'e o tioata ma e tatau ona pulea le vevela ma le sa'o maualuga. O le metotia fa'atulagaina a Bridgman e fa'aaogaina tele mo le tuputupu a'e o le β-Ga2O3 ma e lauiloa i lona gafatia e tuputupu a'e i se siosiomaga ea. I le taimi o le faagasologa o le tuputupu a'e a le metotia fa'atulagaina a Bridgman, o le aofa'i atoa o le mamafa o le liusuavai ma le ulo e tausia i lalo ifo o le 1%, e mafai ai ona tuputupu a'e ni tioata tetele β-Ga2O3 e tasi ma sina leiloa itiiti.
Ata 4 Kilisitala e tasi o le β-Ga2O3 ua totoina e ala i le metotia a Bridgeman
1.4 Metotia o le sone opeopea
O le metotia o le sone fe'avea'i e foia ai le fa'afitauli o le fa'aleagaina o le tioata e mea e mafai ona fa'aaogaina i le ogaumu ma fa'aitiitia ai tau maualuga e feso'ota'i ma ogaumu infrared e tete'e atu i le vevela maualuga. I le taimi o lenei faiga o le tuputupu a'e, e mafai ona fa'avevela le mea e fa'a'ele'elea i se lamepa nai lo se puna RF, ma fa'afaigofie ai mana'oga mo meafaigaluega tuputupu a'e. E ui lava e le'i atoatoa lelei le foliga ma le tulaga lelei o le tioata o le β-Ga2O3 e totoina i le metotia o le sone fe'avea'i, ae o lenei metotia e tatala ai se metotia folafolaina mo le totoina o le β-Ga2O3 mama maualuga i ni tioata ta'itasi e taugofie.
Ata 5 β-Ga2O3 tioata e tasi na totoina e ala i le metotia o le sone fetolofi.
Taimi o le meli: 30 Me 2024