Àwọn semiconductors onípele-ìpele (WBG) tí silicon carbide (SiC) àti gallium nitride (GaN) ṣojú fún ti gba àfiyèsí gbogbogbò. Àwọn ènìyàn ní ìrètí gíga fún lílo silicon carbide nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ àti àwọn ẹ̀rọ agbára, àti àwọn àǹfààní lílo gallium nitride nínú gbígbà agbára kíákíá. Ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí, ìwádìí lórí àwọn ohun èlò Ga2O3, AlN àti diamond ti ṣe ìlọsíwájú pàtàkì, èyí tí ó mú kí àwọn ohun èlò semiconductors onípele-ì ...
1. Àwọn ànímọ́ ohun èlò oksidi Gallium
Ga2O3 ní àlàfo ìpele ńlá kan (4.8 eV), a retí pé yóò ṣàṣeyọrí àwọn agbára folti líle tí ó ga àti agbára gíga, ó sì lè ní agbára fún àtúnṣe folti gíga ní ìdènà tí ó kéré, èyí tí ó sọ wọ́n di ojúkòkòrò ìwádìí lọ́wọ́lọ́wọ́. Ní àfikún, Ga2O3 kìí ṣe pé ó ní àwọn ànímọ́ ohun èlò tí ó tayọ nìkan ni, ṣùgbọ́n ó tún ń pèsè onírúurú àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ doping irú n tí ó rọrùn láti ṣàtúnṣe, àti ìdàgbàsókè substrate tí ó ní owó pọ́ọ́kú àti àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ epitaxy. Títí di ìsinsìnyí, a ti ṣàwárí àwọn ìpele kristali márùn-ún tí ó yàtọ̀ síra ní Ga2O3, títí kan àwọn ìpele corundum (α), monoclinic (β), àbùkù spinel (γ), cubic (δ) àti orthorhombic (ɛ). Àwọn ìdúróṣinṣin thermodynamic, ní ìtòlẹ́sẹẹsẹ, γ, δ, α, ɛ, àti β. Ó ṣe pàtàkì láti ṣàkíyèsí pé monoclinic β-Ga2O3 ni ó dúró ṣinṣin jùlọ, pàápàá jùlọ ní àwọn ìgbóná gíga, nígbà tí àwọn ìpele mìíràn jẹ́ metastable lórí ìwọ̀n otutu yàrá àti pé wọ́n máa ń yípadà sí ìpele β lábẹ́ àwọn ipò ooru pàtó kan. Nítorí náà, ìdàgbàsókè àwọn ẹ̀rọ tí ó dá lórí β-Ga2O3 ti di ohun pàtàkì nínú ẹ̀ka ẹ̀rọ itanna agbára ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí.
Táblì 1 Ìfiwéra àwọn pàrámítà ohun èlò semikondokito kan
A fi ìṣètò kirisita ti monoclinicβ-Ga2O3 hàn nínú Táblì 1. Àwọn pàrámítà lattice rẹ̀ ní a = 12.21 Å, b = 3.04 Å, c = 5.8 Å, àti β = 103.8°. Sẹ́ẹ̀lì ìṣọ̀kan náà ní àwọn átọ̀mù Ga(I) pẹ̀lú ìṣètò tetrahedral tí ó yípo àti àwọn átọ̀mù Ga(II) pẹ̀lú ìṣètò octahedral. Ìṣètò mẹ́ta ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀ ti àwọn átọ̀mù atẹ́gùn ló wà nínú àkójọ “cubic” tí a yípo, pẹ̀lú àwọn átọ̀mù O(I) àti O(II) méjì tí a ṣètò ní ìpele mẹ́ta àti átọ̀mù O(III) kan tí a ṣètò ní ìpele tetrahedral. Ìdàpọ̀ àwọn irú ìṣètò atomu méjì wọ̀nyí yọrí sí anisotropy ti β-Ga2O3 pẹ̀lú àwọn ànímọ́ pàtàkì nínú fisiksi, ìbàjẹ́ kẹ́míkà, optics àti electronics.
Àwòrán 1 Àwòrán ìṣètò onípele ti kírísítà monoclinic β-Ga2O3
Láti ojú ìwòye ẹ̀rọ agbára, iye tó kéré jùlọ ti ẹ̀rọ ìdarí β-Ga2O3 ni a rí láti inú ipò agbára tó bá ìyípo 4s0 hybrid ti átọ̀mù Ga mu. Ìyàtọ̀ agbára láàrín iye tó kéré jùlọ ti ẹ̀rọ ìdarí àti ipele agbára vacuum (agbára ìfàmọ́ra elekitironi). ni a wọ́n. Ìwọ̀n elekitironi tó munadoko ti β-Ga2O3 ni a wọn gẹ́gẹ́ bí 0.28–0.33 me àti ìdarí elekitironi tó dára rẹ̀. Síbẹ̀síbẹ̀, iye valence tó pọ̀ jùlọ fi ìlà Ek tó jinlẹ̀ hàn pẹ̀lú ìyípo tó kéré gan-an àti àwọn ìyípo O2p tó wà ní àyíká tó lágbára, èyí tó túmọ̀ sí wípé àwọn ihò náà wà ní àgbègbè tó jinlẹ̀. Àwọn ànímọ́ wọ̀nyí jẹ́ ìpèníjà ńlá láti ṣe àṣeyọrí ìdàrí irú p nínú β-Ga2O3. Bí ó tilẹ̀ jẹ́ pé a lè ṣe ìdàrí irú P, ihò μ náà ṣì wà ní ìpele tó kéré gan-an. 2. Ìdàgbàsókè ti gallium oxide single crystal Títí di ìsinsìnyí, ọ̀nà ìdàgbàsókè ti β-Ga2O3 bulk crystal substrate jẹ́ ọ̀nà fífà kristal, bíi Czochralski (CZ), ọ̀nà fífún fíìmù tinrin tí a ṣe àgbékalẹ̀ ní etí (Edge -Defined film-fed, EFG), Bridgman (rtical tàbí horizontal Bridgman, HB tàbí VB) àti ìmọ̀ ẹ̀rọ floating zone (floating zone, FZ). Láàrín gbogbo ọ̀nà, a retí pé àwọn ọ̀nà fífún fíìmù tinrin tí a ṣe àgbékalẹ̀ ní etí ni àwọn ọ̀nà tí ó dára jùlọ fún ìṣẹ̀dá àwọn wafers β-Ga 2O3 ní ọjọ́ iwájú, nítorí wọ́n lè ṣe àṣeyọrí àwọn iwọn didun ńlá àti àwọn ìwọ̀n àbùkù díẹ̀ ní àkókò kan náà. Títí di ìsinsìnyí, ìmọ̀ ẹ̀rọ Novel Crystal ti Japan ti ṣe àgbékalẹ̀ matrix ìṣòwò kan fún ìdàgbàsókè melting β-Ga2O3.
1.1 Ọ̀nà Czochralski
Ìlànà ọ̀nà Czochralski ni pé a kọ́kọ́ bo ìpele irúgbìn náà, lẹ́yìn náà a fa kirisita kan ṣoṣo náà jáde díẹ̀díẹ̀ láti inú yíyọ́ náà. Ọ̀nà Czochralski ṣe pàtàkì síi fún β-Ga2O3 nítorí pé ó ń náwó dáadáa, agbára ìtóbi ńlá, àti ìdàgbàsókè dídára kirisita gíga. Síbẹ̀síbẹ̀, nítorí ìdààmú ooru nígbà ìdàgbàsókè ooru gíga ti Ga2O3, ìtújáde àwọn kirisita kan ṣoṣo, àwọn ohun èlò yíyọ́, àti ìbàjẹ́ sí Ir crucible yóò ṣẹlẹ̀. Èyí jẹ́ àbájáde ìṣòro láti ṣàṣeyọrí doping irú n-n kékeré nínú Ga2O3. Fífi ìwọ̀n atẹ́gùn tó yẹ sínú afẹ́fẹ́ ìdàgbàsókè jẹ́ ọ̀nà kan láti yanjú ìṣòro yìí. Nípasẹ̀ ìṣelọ́pọ́, a ti ṣe àgbékalẹ̀ β-Ga2O3 onípele 2-inch pẹ̀lú ìwọ̀n ìfojúsùn electron ọ̀fẹ́ ti 10^16~10^19 cm-3 àti ìwọ̀n elekitironi tó pọ̀ jùlọ ti 160 cm2/Vs ní àṣeyọrí nípasẹ̀ ọ̀nà Czochralski.
Àwòrán 2 Kírísítà kan ṣoṣo ti β-Ga2O3 tí a gbìn nípasẹ̀ ọ̀nà Czochralski
1.2 Ọ̀nà ìfúnni fíìmù tí a ṣe àgbékalẹ̀ ní etí
Ọ̀nà fífún fíìmù tín-tín tí a ṣe àpèjúwe rẹ̀ ní etí ni a gbà pé ó jẹ́ olùdíje pàtàkì fún iṣẹ́-ṣíṣe àwọn ohun èlò kírísítà Ga2O3 onípele ńlá. Ìlànà ọ̀nà yìí ni láti gbé yo sínú mọ́ọ̀dì pẹ̀lú ìgé capillary, yo sì ń gòkè sí mọ́ọ̀dì náà nípasẹ̀ ìgbésẹ̀ capillary. Ní òkè, fíìmù tín-tín kan ń ṣẹ̀dá ó sì ń tàn káàkiri ní gbogbo ìtọ́sọ́nà nígbà tí kírísítà irúgbìn ń fa kírísítà náà. Ní àfikún, a lè ṣàkóso àwọn etí orí mọ́ọ̀dì náà láti ṣe àwọn kírísítà nínú àwọn flakes, tubes, tàbí èyíkéyìí nínú àwọn geometry tí a fẹ́. Ọ̀nà fífún fíìmù tín-tín tí a ṣe àpèjúwe rẹ̀ ní etí ti Ga2O3 ń pese àwọn ìwọ̀n ìdàgbàsókè kíákíá àti àwọn ìlà tín-tín ńlá. Àwòrán 3 fi àwòrán kírísítà kan ṣoṣo β-Ga2O3 hàn. Ní àfikún, ní ti ìwọ̀n ìwọ̀n, àwọn ìpìlẹ̀ β-Ga2O3 onípele 2-inch àti 4-inch pẹ̀lú ìfọ́mọ́ra àti ìṣọ̀kan tí ó tayọ ni a ti ṣe ìpolówó rẹ̀, nígbà tí a fi ìpìlẹ̀ 6-inch hàn nínú ìwádìí fún ìtajà lọ́jọ́ iwájú. Láìpẹ́ yìí, àwọn ohun èlò onípele kan ṣoṣo-kírísítà onípele ńlá ti di ti a rí pẹ̀lú ìtọ́sọ́nà (−201). Ni afikun, ọna ifunni fiimu ti a ṣalaye eti β-Ga2O3 tun ṣe igbelaruge doping ti awọn eroja irin iyipada, eyiti o jẹ ki iwadii ati igbaradi Ga2O3 ṣee ṣe.
Àwòrán 3 Kírísítà β-Ga2O3 kan ṣoṣo tí a gbìn nípasẹ̀ ọ̀nà fífún fíìmù tí a ti ṣàlàyé ní etí
1.3 Ọ̀nà Bridgeman
Nínú ọ̀nà Bridgeman, àwọn kirisita ni a ń ṣẹ̀dá nínú ìkòkò tí a ń gbé kiri díẹ̀díẹ̀ nípasẹ̀ ìpele ìgbóná. A lè ṣe iṣẹ́ náà ní ìtòsí tàbí ní ìdúró, nígbà gbogbo nípa lílo ìkòkò tí ń yípo. Ó ṣe pàtàkì láti kíyèsí pé ọ̀nà yìí lè lo tàbí kí ó má lo àwọn irugbin kirisita. Àwọn olùṣiṣẹ́ Bridgman ìbílẹ̀ kò ní ìwòye tààrà nípa àwọn ìlànà ìyọ́ àti ìdàgbàsókè kirisita, wọ́n sì gbọ́dọ̀ ṣàkóso ìwọ̀n ìgbóná pẹ̀lú ìpele gíga. Ọ̀nà Bridgman tí ń dúró ní ìdúró ni a ń lò fún ìdàgbàsókè β-Ga2O3, a sì mọ̀ ọ́n fún agbára rẹ̀ láti dàgbà ní àyíká afẹ́fẹ́. Nígbà ìlànà ìdàgbàsókè ọ̀nà Bridgman tí ń dúró ní ìdúró, gbogbo àdánù ìyọnu ìyọ́ àti ìkòkò ni a ń pa mọ́ sí ìsàlẹ̀ 1%, èyí tí ó ń jẹ́ kí ìdàgbàsókè àwọn kirisita β-Ga2O3 tí ó tóbi pẹ̀lú àdánù díẹ̀.
Àwòrán 4 Kírísítálì kan ṣoṣo ti β-Ga2O3 tí a gbìn nípasẹ̀ ọ̀nà Bridgeman
1.4 Ọ̀nà agbègbè tí ń léfòó
Ọ̀nà ìṣàn omi abẹ́ ilẹ̀ ń yanjú ìṣòro ìbàjẹ́ kírísítà láti ọwọ́ àwọn ohun èlò ìṣàn omi, ó sì ń dín owó gíga tí ó ní í ṣe pẹ̀lú àwọn ohun èlò ìṣàn omi infrared tí ó dúró ṣinṣin ní ìwọ̀n otútù kù. Nígbà ìdàgbàsókè yìí, a lè gbóná yíyọ́ náà pẹ̀lú fìtílà dípò orísun RF, èyí sì ń mú kí àwọn ohun tí a nílò fún ìdàgbàsókè rọrùn. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ìrísí àti dídára kírísítàlì ti β-Ga2O3 tí a gbìn nípasẹ̀ ọ̀nà ìṣàn omi abẹ́ ilẹ̀ kò tíì dára tó, ọ̀nà yìí ṣí ọ̀nà tí ó dára fún mímú kí β-Ga2O3 jẹ́ mímọ́ tó ga síi sí àwọn kírísítà onípele kan ṣoṣo tí ó rọrùn láti náwó.
Àwòrán 5 Kírísítà kan ṣoṣo β-Ga2O3 tí a gbìn nípasẹ̀ ọ̀nà agbègbè tí ó ń gbọ̀n.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: May-30-2024