Semiconductors-ka ballaaran ee bandgap (WBG) oo ay matalaan silicon carbide (SiC) iyo gallium nitride (GaN) ayaa helay dareen ballaaran. Dadku waxay leeyihiin rajooyin sare oo ku saabsan rajada isticmaalka silicon carbide ee baabuurta korontada ku shaqeeya iyo shabakadaha korontada ku shaqeeya, iyo sidoo kale rajada codsiga ee gallium nitride ee dallacaadda degdega ah. Sannadihii ugu dambeeyay, cilmi-baarista ku saabsan Ga2O3, AlN iyo walxaha dheemanka ayaa sameeyay horumar la taaban karo, taasoo ka dhigtay agabka semiconductor-ka aadka u ballaaran ee bandgap diiradda diiradda la saaro. Kuwaas waxaa ka mid ah, gallium oxide (Ga2O3) waa walxo semiconductor ah oo aad u ballaaran oo bandgap ah oo soo baxaya oo leh farqiga band ee 4.8 eV, xoog goobeed oo kala-goys ah oo muhiim ah oo qiyaastii ah 8 MV cm-1, xawaare dhereg ah oo qiyaastii ah 2E7cm s-1, iyo qodob tayo sare leh oo Baliga ah oo ah 3000, oo helaya fiiro gaar ah oo ku saabsan danabka sare iyo korontada korontada ee soo noqnoqota sare.
1. Astaamaha walxaha oksaydhka Gallium
Ga2O3 waxay leedahay farqi weyn oo xarig ah (4.8 eV), waxaana la filayaa inay gaarto labadaba danab u adkeysi badan iyo awoodo awood sare leh, waxayna yeelan kartaa awood u lahaanshaha la qabsiga danab sare leh iska caabin hooseeya, taasoo ka dhigaysa diiradda cilmi-baarista hadda jirta. Intaa waxaa dheer, Ga2O3 ma aha oo kaliya inay leedahay sifooyin agab oo aad u fiican, laakiin sidoo kale waxay bixisaa noocyo kala duwan oo tignoolajiyado doping ah oo si fudud loo hagaajin karo, iyo sidoo kale koritaanka substrate-ka qiimaha jaban iyo tignoolajiyada epitaxy. Ilaa hadda, shan marxaladood oo kala duwan oo kiristaal ah ayaa laga helay Ga2O3, oo ay ku jiraan marxaladaha corundum (α), monoclinic (β), spinel cilladaysan (γ), cubic (δ) iyo orthorhombic (ɛ). Xasiloonida thermodynamic waa, siday u kala horreeyaan, γ, δ, α, ɛ, iyo β. Waa in la ogaadaa in monoclinic β-Ga2O3 uu yahay kan ugu xasilloon, gaar ahaan heerkulka sare, halka marxaladaha kale ay yihiin kuwo ka sarreeya heerkulka qolka waxayna u muuqdaan inay isu beddelaan marxaladda β marka la eego xaaladaha kuleylka gaarka ah. Sidaa darteed, horumarinta aaladaha ku salaysan β-Ga2O3 ayaa noqotay diiradda ugu weyn ee dhinaca elektaroonigga korontada sannadihii ugu dambeeyay.
Shaxda 1 Isbarbardhigga qaar ka mid ah xuduudaha walxaha semiconductor-ka
Qaab-dhismeedka kiristaalka ee monoclinicβ-Ga2O3 waxaa lagu muujiyay Shaxda 1. Xuduudaha shabaggeeda waxaa ka mid ah a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, iyo β = 103.8°. Unugga cutubku wuxuu ka kooban yahay atamka Ga(I) oo leh isku-duwidda tetrahedral-ka ee la qalloociyey iyo atamka Ga(II) oo leh isku-duwidda octahedral. Waxaa jira saddex hab oo kala duwan oo atamka oksijiinta ah oo ku jira safka "kubbadaha la qalloociyey", oo ay ku jiraan laba atamka O(I) iyo O(II) oo saddex-xagal ah oo isku-duwidda iyo hal atamka O(III) oo isku-duwidda tetrahedral ah. Isku-darka labadan nooc ee isku-duwidda atomiga waxay keenaysaa anisotropy-ga β-Ga2O3 oo leh sifooyin gaar ah oo ku saabsan fiisigiska, daxalka kiimikada, indhaha iyo elektaroonigga.
Jaantuska 1 Jaantuska qaab-dhismeedka ee kiristaalka monoclinic β-Ga2O3
Marka laga eego aragtida kooxda tamarta, qiimaha ugu yar ee kooxda gudbinta ee β-Ga2O3 waxaa laga soo qaatay xaaladda tamarta ee u dhiganta wareegga isku-dhafka ah ee 4s0 ee atomka Ga. Farqiga tamarta ee u dhexeeya qiimaha ugu yar ee kooxda gudbinta iyo heerka tamarta faakuumka (tamarta isku-xirnaanta elektarooniga) ayaa la cabbiraa. waa 4 eV. Cufnaanta elektarooniga ee wax ku oolka ah ee β-Ga2O3 waxaa lagu cabbiraa 0.28–0.33 me iyo gudbinteeda elektaroonigga ah ee wanaagsan. Si kastaba ha ahaatee, heerka ugu sarreeya ee kooxda valence wuxuu muujiyaa qalooc Ek ah oo gacmeed oo leh qalooc aad u hooseeya iyo orbitals O2p oo si xooggan u meelaysan, taasoo soo jeedinaysa in godadka ay si qoto dheer u degaan. Astaamahani waxay keenaan caqabad weyn si loo gaaro doping nooca p ee β-Ga2O3. Xitaa haddii doping nooca P la gaari karo, godka μ wuxuu ku sii jiraa heer aad u hooseeya. 2. Kobaca kiristaalka keli ah ee gallium oxide ilaa hadda, habka koritaanka ee substrate-ka kiristaalka keli ah ee β-Ga2O3 badanaa waa habka jiidista kiristaalka, sida Czochralski (CZ), habka quudinta filimka khafiifka ah ee geeska lagu qeexay (Edge -Defined film-fed, EFG), Bridgman (rtical ama hoisten Bridgman, HB ama VB) iyo tiknoolajiyada aagga sabeynaya (aagga sabeynaya, FZ). Dhammaan hababka, hababka quudinta filimka khafiifka ah ee Czochralski iyo geeska lagu qeexay ayaa la filayaa inay noqdaan waddooyinka ugu rajo wanaagsan ee wax soo saarka ballaaran ee β-Ga 2O3 wafers mustaqbalka, maadaama ay isla mar ahaantaas gaari karaan mug weyn iyo cufnaan cilladaysan oo hooseeya. Ilaa hadda, Tiknoolajiyadda Cusub ee Kiristaalka ee Japan waxay hirgelisay hab ganacsi oo loogu talagalay koritaanka dhalaalka β-Ga2O3.
1.1 Habka Czochralski
Mabda'a habka Czochralski waa in lakabka abuurka marka hore la daboolo, ka dibna kiristaalka keliya ayaa si tartiib tartiib ah looga soo saaraa dhalaalka. Habka Czochralski ayaa si isa soo taraysa muhiim ugu ah β-Ga2O3 sababtoo ah kharash-oolnimada, kartidiisa cabbirka weyn, iyo koritaanka substrate-ka tayada sare leh ee kiristaalka. Si kastaba ha ahaatee, sababtoo ah cadaadiska kulaylka inta lagu jiro koritaanka heerkulka sare ee Ga2O3, uumi-baxa kiristaallada hal-halka ah, walxaha dhalaala, iyo dhaawaca Ir crucible ayaa dhici doona. Tani waa natiijo ka dhalatay dhibka lagu gaarayo doping nooca n-ka hooseeya ee Ga2O3. Soo bandhigida xaddi ku habboon oo oksijiin ah jawiga koritaanka waa hal dariiqo oo lagu xallin karo dhibaatadan. Iyada oo loo marayo hagaajinta, β-Ga2O3 tayo sare leh oo 2-inji ah oo leh kala duwanaansho fiirsashada elektaroonigga xorta ah oo ah 10^16~10^19 cm-3 iyo cufnaanta elektaroonigga ugu badan ee 160 cm2/Vs ayaa si guul leh loogu koray habka Czochralski.
Jaantuska 2: Hal kiristaal oo β-Ga2O3 ah oo lagu beeray habka Czochralski
1.2 Habka quudinta filimka ee geeska ku qeexan
Habka quudinta filimka khafiifka ah ee geeska lagu qeexay waxaa loo arkaa inuu yahay tartanka ugu horreeya ee wax soo saarka ganacsiga ee walxaha kiristaalka ah ee Ga2O3 ee aag weyn. Mabda'a habkan waa in dhalaalka lagu rido qaab leh jeexdin xidid, dhalaalkuna wuxuu u kacaa caaryada iyada oo loo marayo ficil xidid. Dusha sare, filim khafiif ah ayaa sameeya oo ku fida dhammaan jihooyinka iyadoo lagu kicinayo kiristaalka abuurka. Intaa waxaa dheer, cidhifyada sare ee caaryada waxaa lagu xakameyn karaa si loo soo saaro kiristaal jajabyo, tuubooyin, ama qaab kasta oo la rabo. Habka quudinta filimka khafiifka ah ee geeska lagu qeexay ee Ga2O3 wuxuu bixiyaa heerarka koritaanka degdega ah iyo dhexroorka waaweyn. Jaantuska 3 wuxuu muujinayaa jaantuska kiristaalka keliya ee β-Ga2O3. Intaa waxaa dheer, marka la eego cabbirka cabbirka, substrate-ka β-Ga2O3 ee 2-inji iyo 4-inji ah oo leh hufnaan aad u wanaagsan iyo isku midnimo ayaa la suuqgeeyay, halka substrate-ka 6-inji lagu muujiyay cilmi-baarista loogu talagalay ganacsiga mustaqbalka. Dhawaan, walxaha waaweyn ee wareegsan ee hal-kiristaalka ah ayaa sidoo kale la heli karaa iyadoo la adeegsanayo jihada (−201). Intaa waxaa dheer, habka quudinta filimka ee geeska β-Ga2O3 ayaa sidoo kale kor u qaada qaadashada walxaha birta ee kala-guurka ah, taasoo suurtogal ka dhigaysa cilmi-baarista iyo diyaarinta Ga2O3.
Jaantuska 3aad: Kilaastiigga keli ah ee β-Ga2O3 oo lagu koriyo habka quudinta filimka ee geeska lagu qeexay
1.3 Habka Bridgeman
Habka Bridgeman, kiristaalku wuxuu ku samaysmaa weel isku-dhafan oo si tartiib tartiib ah loogu raro heerkulka. Habka waxaa lagu samayn karaa jiho toosan ama toosan, badanaa iyadoo la adeegsanayo weel wareegaya. Waa in la ogaadaa in habkani uu isticmaali karo ama uusan isticmaali karin iniinyaha kiristaaliga ah. Hawl-wadeennada Bridgman ee dhaqameedku ma laha muuqaal toos ah oo ku saabsan hababka koritaanka dhalaalka iyo kiristaaliga waana inay xakameeyaan heerkulka si sax ah. Habka Bridgman ee toosan waxaa inta badan loo isticmaalaa koritaanka β-Ga2O3 waxaana loo yaqaanaa awooddiisa uu ku koro jawi hawo leh. Inta lagu jiro habka koritaanka habka Bridgman ee toosan, wadarta guud ee khasaaraha dhalaalka iyo weelka isku-dhafka ah waxaa lagu hayaa meel ka hooseysa 1%, taasoo suurtogalinaysa koritaanka kiristaalooyinka β-Ga2O3 ee waaweyn oo leh khasaare yar.
Jaantuska 4aad ee kiristaalka hal-hal ah ee β-Ga2O3 oo lagu beeray habka Bridgeman
1.4 Habka aaga sabeynaya
Habka aagga sabeynaya wuxuu xalliyaa dhibaatada wasakheynta kiristaalka iyadoo la adeegsanayo walxaha la shiilay wuxuuna yareeyaa kharashyada sare ee la xiriira walxaha la shiilay ee heerkulka sare u adkaysta. Inta lagu jiro habkan koritaanka, dhalaalka waxaa lagu kululayn karaa laambad halkii laga isticmaali lahaa isha RF, taasoo fududaynaysa shuruudaha qalabka koritaanka. Inkasta oo qaabka iyo tayada kiristaalka ee β-Ga2O3 ee lagu beeray habka aagga sabeynaya aysan weli fiicnayn, habkani wuxuu furayaa hab rajo leh oo lagu kobcinayo β-Ga2O3 oo ah kiristaal keli ah oo miisaaniyad ahaan u habboon.
Jaantuska 5aad ee kiristaalka keli ah ee β-Ga2O3 oo lagu beeray habka aagga sabeynaya.
Waqtiga boostada: Maajo-30-2024